Come ottenere un frame rate più elevato?

Frame rate si riferisce al numero di fotogrammi (o immagini) che una Telecamera acquisisce al secondo, solitamente misurato in FPS (Frame per Secondo). Ad esempio, una Telecamera che funziona a 60 fps acquisisce 60 immagini individuali ogni secondo.

2. Trasferimento dei dati

2.a. Tipo di interfaccia

L’interfaccia dati, come USB 3.0, GigE o CoaXPress, influisce direttamente sulla quantità di dati immagine che può essere trasferita al secondo. Per sensori ad alta risoluzione, sono necessarie interfacce con maggiore bandwidth per mantenere elevati frame rate.

2.b. Dimensione del pacchetto

In GigE Visione, la dimensione del pacchetto GVSP influisce sull’efficienza della trasmissione dei dati. Pacchetti più grandi, noti come Jumbo Frames, riducono l’overhead del protocollo inviando più dati per pacchetto. Questo migliora il throughput, soprattutto nell’imaging ad alta risoluzione, riducendo il numero di pacchetti necessari per frame e consentendo un trasferimento dati più rapido ed efficiente.

2.c. Lunghezza del cavo

La lunghezza del cavo industriale può influire sul frame rate nelle Telecamere industriali a causa del degrado del segnale su distanze maggiori. All’aumentare della lunghezza dei cavi, l’integrità dei dati può diminuire, portando a una riduzione della bandwidth o a frame rate inferiori. Per mantenere le prestazioni, sono essenziali cavi e connettori di alta qualità.

2.d. Componenti esterni

I componenti esterni come frame grabber, switch e dispositivi di rete possono influire direttamente sul frame rate. Se questi dispositivi non sono in grado di gestire la bandwidth richiesta o non sono adeguatamente abbinati all’interfaccia della Telecamera, possono causare colli di bottiglia nei dati, perdita di frame o velocità di acquisizione ridotte. Garantire che tutto l’hardware esterno sia di alta qualità e correttamente certificato è essenziale per mantenere le massime prestazioni di frame rate.

2.e. Più Telecamere

Quando si utilizzano più Telecamere, è importante considerare la bandwidth complessiva disponibile. Ogni Telecamera richiede una certa quantità di bandwidth per trasmettere i propri dati. Se più Telecamere trasmettono a risoluzioni elevate o frame rate elevati, il carico dati combinato può superare la capacità della connessione o della rete. Questo può comportare la perdita di frame o una riduzione delle prestazioni, poiché il sistema fatica a gestire il throughput totale dei dati. Garantire che l’interfaccia e la rete possano gestire le richieste combinate è fondamentale per mantenere prestazioni ottimali di frame rate e sincronizzazione su tutti i dispositivi.

2.f. Sincronizzazione e Triggering

I modi di acquisizione a trigger, in cui l’acquisizione dei frame è collegata a eventi esterni come il segnale di un sensore o un intervallo di tempo prestabilito, possono limitare il frame rate a causa della necessità di una sincronizzazione precisa. Questo è particolarmente vero quando sono coinvolti più dispositivi, poiché il coordinamento dei tempi di acquisizione può influire sul frame rate di tutti i dispositivi. La tempistica e la frequenza dei trigger, così come la bandwidth condivisa o i requisiti di sincronizzazione stringenti, possono ridurre le prestazioni complessive del sistema e il throughput quando sono necessarie acquisizioni ad alta velocità.

4. Configurazioni di acquisizione delle immagini

4.a. Regione di interesse (ROI)

Limitare la Telecamera a uno specifico ROI (regione di interesse) riduce il numero di pixel letti per fotogramma, diminuendo il carico di dati e consentendo frame rate più elevati. Questo è un metodo comune per ottimizzare la velocità senza sacrificare le informazioni visive chiave nell'area di imaging.

4.b. Tempo di esposizione

Tempi di esposizione più lunghi riducono il frame rate perché il sensore cattura la luce per una durata maggiore prima di poter iniziare il fotogramma successivo. Esposizioni più brevi sono tipicamente utilizzate quando sono necessari frame rate elevati. Tuttavia, esposizioni brevi possono richiedere un'illuminazione intensa per mantenere la qualità dell'immagine, soprattutto in scenari di movimento rapido o in ambienti con poca luce.

4.c. Binning e decimazione

Binning e decimazione sono due tecniche utilizzate per ridurre la risoluzione dell'immagine e il volume dei dati, aumentando così il frame rate. Il binning funziona combinando pixel adiacenti in un unico "super pixel", riducendo la risoluzione ma diminuendo significativamente la quantità di dati da leggere e trasmettere. La decimazione, invece, salta alcuni pixel durante la lettura, riducendo analogamente la dimensione dell'immagine e velocizzando il trasferimento dei dati. Entrambi i metodi sacrificano il dettaglio dell'immagine a favore delle prestazioni, rendendoli ideali in applicazioni dove la velocità è più importante della risoluzione fine.

4.d. Formato dei pixel

Le Telecamere possono fornire dati di immagine in vari formati di pixel, come 8 bit, 10 bit o superiori. Sebbene profondità di bit maggiori migliorino la gamma dinamica e la fedeltà dei colori, aumentano anche la dimensione dei dati per fotogramma, il che può ridurre il frame rate raggiungibile se non supportato da sufficiente bandwidth o potenza di elaborazione.

4.e. Elaborazione delle immagini

Attività di elaborazione delle immagini integrate, come il bilanciamento del bianco, la correzione gamma, la riduzione del rumore, ecc., possono ridurre i frame rate, poiché le risorse interne della Telecamera sono condivise tra acquisizione ed elaborazione delle immagini. Inoltre, funzionalità automatiche come auto-esposizione, auto-bilanciamento del bianco e auto-guadagno possono introdurre latenza a causa delle regolazioni in tempo reale tra i fotogrammi. Una configurazione accurata di queste impostazioni è essenziale per evitare di limitare involontariamente le prestazioni della Telecamera.

Ecco diverse strategie e considerazioni per aiutare a risolvere i problemi e aumentare il frame rate della configurazione della Telecamera industriale.

• Verifica lo stato di cavi e Telecamera: Inizia dalle basi assicurandoti che i componenti fisici non siano danneggiati.
• Test con Galaxy Viewer: Verifica se il problema riguarda le impostazioni della Telecamera o il codice. Galaxy Viewer aiuta a diagnosticare se la Telecamera funziona correttamente.
• Utilizza un Frame Rate Calculator: Utilizza un frame rate calculator per calcolare il frame rate massimo possibile in base alle impostazioni della Telecamera (risoluzione, esposizione, ecc.) e valutare se sono necessari aggiustamenti.
• Assicurati di avere sufficiente Bandwidth: Verifica che ci sia abbastanza bandwidth per la trasmissione dati della Telecamera. A. Monitora più Telecamere: Testa le prestazioni della Telecamera singolarmente per escludere congestioni di rete. B. Controlla la congestione di rete: Assicurati che i dispositivi di rete (come switch e router) non limitino la bandwidth disponibile. Prova a collegare la Telecamera direttamente al PC per escludere congestioni di rete.
• Riduci l’ROI: Limitare la Region of Interest riduce il carico di dati, contribuendo a migliorare il frame rate.
• Utilizza Binning/Decimation: Ridurre la risoluzione dell’immagine con questi metodi accelera il trasferimento dati e aumenta il frame rate.
• Riduci il tempo di esposizione: Tempi di esposizione più brevi possono aumentare il frame rate, ma potrebbe essere necessaria più illuminazione per una buona chiarezza.
• Cambia il formato dei pixel: Ridurre la profondità in bit (ad esempio, 8-bit invece di 10-bit) riduce la dimensione dei dati per frame, consentendo frame rate più elevati.
• Aumenta la dimensione dei pacchetti: Pacchetti più grandi riducono l’overhead, aumentando l’efficienza del trasferimento dati.
• Disabilita DeviceLinkThroughputLimitMode (USB 3.0)
  Questa impostazione potrebbe essere abilitata di default e potrebbe limitare la velocità di trasferimento dati della Telecamera.
• Abilita Jumbo Frames (GigE)
  Assicurati che i Jumbo Frames siano abilitati per una trasmissione dati più efficiente.
• Assicurati di avere risorse di sistema adeguate: Verifica che CPU, RAM e altre risorse di sistema siano sufficienti per l’elaborazione dati in tempo reale.
• Ottimizza le impostazioni di elaborazione immagine: Disabilita le funzioni di elaborazione immagine non necessarie (come auto-esposizione o riduzione del rumore) che potrebbero rallentare il frame rate.
• Aggiorna l’infrastruttura di rete: Considera l’aggiornamento di switch o dispositivi di rete per supportare velocità di trasmissione dati più elevate e ridurre i colli di bottiglia di rete.