【光电集成】机器视觉工业相机的丢帧现象如何解决？

今日光电 2024-04-04 18:02

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工业业摄像头的丢帧现象之所以会发生，其实就是资料通道的堵塞，无法技术处理，所以新的图像采集进来时，前一张图像可能会被迫丢弃，或者是新的图像被迫丢弃。

丢帧表现

1、工业相机预览模式下，无法以满帧的速度传输图像

2、触发拍照模式下，相机传输图像数量少于触发次数（触发频率应小于帧率）

3、图像处理软件处理的图像数量小于预期

丢帧可能存在的原因

工业相机丢帧问题是工业相机常出现的问题，其原因与相机的传输接口没有太大的关系，主要在于工业相机硬件和设计不良的驱动程序有关，这种情况对于机器视觉检测来说，具有很不确定性的效果影响。

相机丢帧3个主要原因解释：

1. 工业相机自身硬件设计

工业相机将图像从光学信号转变成有序的电信号，其中图像传感器传送图像到相机上的usb芯片，USB再传送给电脑端，如果某一时段电脑端系统繁忙，没有及时接收到图像，而后续的图像又传送过来，导致未接收到的那部分图像丢失。

2. 工业视觉软件应用程序部分

视觉软件包括硬件驱动程序和图像处理，为图像计算所分配的内存空间，有无缓冲的机制，可以加大图像的缓存来加大缓冲的时间，另外多线程的设计好坏也会影响到处理速度。

让程序运算有足够的空间来处理，在运作情况下，CPU的整体处理速度比图像进来的速度慢，如果缓存不够，接收的效率太低，工业相机又没有足够的缓存，就会构成丢帧的现象。

但这是系统掉资料，不是工业相机丢帧。在这种情况不管是用1394接口的工业相机，还是USB接口，又或者是GigE接口，任何接口的工业相机都会得到相同效果。

3. 硬件PC系统部分

PC部分主要依赖于硬件驱动程序，重要的是驱动程序的功率以及系统有多少内核方式下的线程在分割CPU的时间，接收的功率不佳，工业相机没有比较好的缓冲记忆，往往会引起丢帧现象。

硬件原因导致的丢帧，可能是因为数据带宽不足引起的，比如扩展网卡或者USB3.0卡都可能造成问题。

相机网线达不到传输速率要求；

PCIe插槽有问题，达不到标准速率。比如有的PCIe插槽可能是从主PCIe插槽扩展出来的，与主PCIe插槽共用一个PCIe插槽的带宽；

又或者相机满帧采像的数据传输速率超过单个网口/USB3.0口的传输速度；

网卡/USB3.0卡所有通道满负荷工作超过对应PCIe插槽的数据传输速率。

如何解决帧丢失问题

为了解决这个问题，设计者需要精确地设计驱动和工业相机硬件数据传输的每个部分，有三个地方阻止图像数据：

1. 工业相机的一部分

图像传感器将图像传输到相机上的USB芯片，将USB传输到PC，如果PC系统忙于处理接收到的图像，并且图像传感器继续传输新的图像数据，则工业相机必须有足够的存储器缓冲区，反之亦然。

2. 可视化软件程序部分

该可视化软件具有用于等待所计算的图像空间的缓冲机制，以便增加图像的缓冲以获得缓冲时间，从而可以处理程序的操作，但是如果操作稳定，则CPU的整体处理速度更快。

在机器视觉系统中，工业相机的帧率往往很大，且工业相机自带缓存也有限，主要为调度系统起到暂时繁忙处理的辅助功能。

机器视觉软件的速度比工业相机图像进来的速度还慢，时间长了就会导致软件缓存的饱和溢出丢失，所以不管是usb接口和gige接口等，都会出现丢帧现象，所以，优化机器视觉软件的处理速度也是非常重要的。

3. 硬件PC系统部分

这部分偏向PC硬件驱动程序，与可视化软件程序无关。

PC机接收的关键是驱动程序的效率，在内核模式下有多少线程处于CPU时间，接收效率不高，工业相机没有足够的缓冲存储器会导致帧丢失。

工业相机具有非常快的帧速率，事实上，只要有足够的容量来调整系统的“临时”忙碌，工业相机缓存就不会像PC程序那样扩大规模。USB工业相机将丢弃帧，只有一种情况，机器视觉软件比工业相机图像慢，软件缓存已满，无法存储新图像。

但这是系统数据，而不是工业相机掉数据。在这种情况下，不管使用1394接口、USB接口或GigE接口的工业相机，任何接口的工业相机都将得到相同的结果。

因此，在购买工业相机时，必须详细检查其参数，并选择项目的实际要求，以避免发生掉帧事件。

来源：机器视觉沙龙

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