Jak osiągnąć wyższą liczbę klatek na sekundę?

Liczba klatek na sekundę odnosi się do liczby klatek (lub obrazów), które kamera przemysłowa rejestruje na sekundę, zazwyczaj mierzonej w FPS (klatkach na sekundę). Na przykład kamera działająca z szybkością 60 fps rejestruje 60 pojedynczych obrazów w każdej sekundzie.

2. Przepustowość danych

2.a. Typ interfejsu

Interfejs danych, taki jak USB 3.0, GigE lub CoaXPress, bezpośrednio wpływa na ilość danych obrazu, które można przesłać na sekundę. W przypadku czujników o wysokiej rozdzielczości wymagane są interfejsy o większej przepustowości, aby utrzymać wysoką liczbę klatek na sekundę.

2.b. Rozmiar pakietu

W GigE Vision rozmiar pakietu GVSP wpływa na efektywność przesyłania danych. Większe pakiety, znane jako Jumbo Frames, zmniejszają narzut protokołu poprzez przesyłanie większej ilości danych w każdym pakiecie. Poprawia to przepustowość, szczególnie w obrazowaniu wysokiej rozdzielczości, poprzez zmniejszenie liczby pakietów potrzebnych na klatkę i umożliwienie szybszego, bardziej efektywnego transferu danych.

2.c. Długość kabla

Długość kabla przemysłowego może wpływać na liczbę klatek na sekundę w kamerach przemysłowych, powodując degradację sygnału na większych odległościach. Wraz ze wzrostem długości kabli integralność danych może ulec pogorszeniu, prowadząc do zmniejszenia przepustowości lub niższej liczby klatek na sekundę. Aby utrzymać wydajność, niezbędne są wysokiej jakości kable i złącza.

2.d. Komponenty zewnętrzne

Komponenty zewnętrzne, takie jak frame grabbery, przełączniki i urządzenia sieciowe, mogą bezpośrednio wpływać na liczbę klatek na sekundę. Jeśli urządzenia te nie są w stanie obsłużyć wymaganej przepustowości lub nie są odpowiednio dopasowane do interfejsu kamery, mogą powodować wąskie gardła danych, utratę klatek lub niższe prędkości rejestracji. Zapewnienie wysokiej jakości i odpowiednich parametrów wszystkich elementów sprzętu zewnętrznego jest niezbędne do utrzymania pełnej wydajności liczby klatek na sekundę.

2.e. Wiele kamer

W przypadku korzystania z wielu kamer ważne jest uwzględnienie całkowitej dostępnej przepustowości. Każda kamera wymaga określonej przepustowości do przesyłania swoich danych. Jeśli kilka kamer przesyła strumieniowo obraz w wysokich rozdzielczościach lub z wysoką liczbą klatek na sekundę, łączne obciążenie danych może przekroczyć pojemność połączenia lub sieci. Może to skutkować utratą klatek lub zmniejszoną wydajnością, ponieważ system ma trudności z zarządzaniem całkowitą przepustowością danych. Zapewnienie, że interfejs i sieć mogą obsłużyć łączne wymagania, ma kluczowe znaczenie dla utrzymania optymalnej liczby klatek na sekundę i wydajności synchronizacji we wszystkich urządzeniach.

2.f.  Synchronizacja i wyzwalanie

Tryby rejestracji wyzwalanej, w których pozyskiwanie klatek jest powiązane z wydarzeniami zewnętrznymi, takimi jak sygnał czujnika lub ustawiony przedział czasowy, mogą ograniczać liczbę klatek na sekundę ze względu na konieczność precyzyjnej synchronizacji. Dotyczy to szczególnie sytuacji, w których zaangażowanych jest wiele urządzeń, ponieważ koordynacja czasów rejestracji może wpływać na liczbę klatek na sekundę we wszystkich urządzeniach. Czas i częstotliwość wyzwalaczy, a także współdzielona przepustowość lub rygorystyczne wymagania dotyczące synchronizacji mogą zmniejszać ogólną wydajność systemu i przepustowość, gdy wymagana jest rejestracja z dużą prędkością

4. Konfiguracje akwizycji obrazu

4.a. Obszar zainteresowania (ROI)

Ograniczenie kamery do określonego ROI (obszaru zainteresowania) zmniejsza liczbę pikseli odczytywanych na klatkę, redukując obciążenie danymi i umożliwiając wyższą liczbę klatek na sekundę. Jest to powszechna metoda optymalizacji szybkości bez utraty kluczowych informacji wizualnych w obszarze obrazowania.

4.b. Czas ekspozycji

Dłuższe czasy ekspozycji zmniejszają liczbę klatek na sekundę, ponieważ sensor aktywnie rejestruje światło przez dłuższy czas, zanim będzie mógł rozpocząć rejestrację następnej klatki. Krótsze ekspozycje są zazwyczaj stosowane, gdy wymagana jest wysoka liczba klatek na sekundę. Jednak krótkie ekspozycje mogą wymagać intensywnego oświetlenia w celu utrzymania jakości obrazu, szczególnie w scenariuszach szybkiego ruchu lub środowiskach o słabym oświetleniu.

4.c. Binning i decymacja

Binning i decymacja to dwie techniki stosowane do zmniejszania rozdzielczości obrazu i objętości danych, a tym samym zwiększania liczby klatek na sekundę. Binning polega na łączeniu sąsiednich pikseli w pojedynczy „superpiksel”, co obniża rozdzielczość, ale znacząco zmniejsza ilość danych, które należy odczytać i przesłać. Z kolei decymacja pomija piksele podczas odczytu, podobnie zmniejszając rozmiar obrazu i przyspieszając transfer danych. Obie metody wymieniają szczegółowość obrazu na wydajność, dzięki czemu są idealne w zastosowaniach, w których szybkość jest ważniejsza niż wysoka rozdzielczość.

4.d. Format pikseli

Kamery mogą przesyłać dane obrazu w różnych formatach pikseli, takich jak 8-bitowy, 10-bitowy lub wyższy. Chociaż większa głębia bitowa zwiększa zakres dynamiczny i wierność kolorów, zwiększa również rozmiar danych na klatkę, co może zmniejszyć osiągalną liczbę klatek na sekundę, jeśli nie jest obsługiwana przez wystarczającą przepustowość lub moc obliczeniową.

4.e. Przetwarzanie obrazu

Wbudowane zadania przetwarzania obrazu, takie jak balans bieli, korekcja gamma, redukcja szumów itp., mogą zmniejszać liczbę klatek na sekundę, ponieważ wewnętrzne zasoby kamery są współdzielone między rejestracją obrazu a przetwarzaniem. Dodatkowo funkcje automatyczne, takie jak automatyczna ekspozycja, automatyczny balans bieli i automatyczne wzmocnienie, mogą wprowadzać opóźnienia ze względu na regulacje w czasie rzeczywistym między klatkami. Staranna konfiguracja tych ustawień jest niezbędna, aby uniknąć niezamierzonego ograniczenia wydajności kamery.

Oto kilka strategii i kwestii, które pomogą rozwiązać problemy i zwiększyć liczbę klatek na sekundę w konfiguracji kamery przemysłowej.

• Sprawdź stan kabla i kamery: Zacznij od podstaw, upewniając się, że elementy fizyczne nie są uszkodzone.
• Przetestuj za pomocą Galaxy Viewer: Sprawdź, czy problem dotyczy ustawień kamery czy kodu. Galaxy Viewer pomaga zdiagnozować, czy kamera działa prawidłowo.
• Użyj kalkulatora liczby klatek na sekundę: Użyj kalkulatora liczby klatek na sekundę, aby obliczyć maksymalną możliwą liczbę klatek na sekundę na podstawie ustawień kamery (rozdzielczość, ekspozycja itd.) i ocenić, czy konieczne są regulacje.
• Zapewnij wystarczającą przepustowość: Sprawdź, czy przepustowość jest wystarczająca do transmisji danych kamery. A. Monitoruj wiele kamer: Przetestuj wydajność każdej kamery oddzielnie, aby wykluczyć przeciążenie sieci. B. Sprawdź przeciążenie sieci: Upewnij się, że urządzenia sieciowe (takie jak przełączniki i routery) nie ograniczają dostępnej przepustowości. Spróbuj podłączyć kamerę bezpośrednio do komputera PC, aby wykluczyć przeciążenie sieci.
• Zmniejsz ROI: Ograniczenie obszaru zainteresowania zmniejsza obciążenie danymi, pomagając zwiększyć liczbę klatek na sekundę.
• Użyj binningu/decymacji: Zmniejszenie rozdzielczości obrazu za pomocą tych metod przyspiesza transfer danych i zwiększa liczbę klatek na sekundę.
• Skróć czas ekspozycji: Krótsze czasy ekspozycji mogą zwiększyć liczbę klatek na sekundę, ale dla zachowania wyrazistości może być wymagane mocniejsze oświetlenie.
• Zmień format pikseli: Zmniejszenie głębi bitowej (np. 8-bit zamiast 10-bit) zmniejsza rozmiar danych na klatkę, umożliwiając wyższą liczbę klatek na sekundę.
• Zwiększ rozmiar pakietu: Większe pakiety zmniejszają narzut, zwiększając efektywność transferu danych.
• Wyłącz DeviceLinkThroughputLimitMode (USB 3.0)
  To ustawienie może być domyślnie włączone i może ograniczać przepustowość danych kamery.
• Włącz Jumbo Frames (GigE)
  Upewnij się, że Jumbo Frames są włączone, aby zapewnić bardziej efektywną transmisję danych.
• Zapewnij odpowiednie zasoby systemowe: Upewnij się, że procesor, pamięć RAM i inne zasoby systemowe są wystarczające do przetwarzania danych w czasie rzeczywistym.
• Optymalizuj ustawienia przetwarzania obrazu: Wyłącz zbędne funkcje przetwarzania obrazu (takie jak automatyczna ekspozycja lub redukcja szumów), które mogą obniżać liczbę klatek na sekundę.
• Zmodernizuj infrastrukturę sieciową: Rozważ modernizację przełączników lub urządzeń sieciowych, aby obsługiwały wyższe szybkości transmisji danych i ograniczały wąskie gardła sieciowe.