Grundlagen

Soft- und Hardware für mehr FPS in Machine-Vision-Anwendungen

Die Ausgabe von Bildverarbeitungssystemen beschleunigen

07.12.2021 - Wie lassen sich die Bildwiederholrate oder die Dateigröße an die eigene Anwendung anpassen? Und welche Möglichkeiten gibt es, vorhandene Hardware gezielt zu er­weitern? Dieser Beitrag erläutert mehrere Software-Funktionen und die Vorteile bestimmter Konfigura­tionen, jeweils abhängig von den Zielen, die erreicht werden sollen.

In vielen Anwendungen, von der automatisierten optischen Inspektion bis hin zur Sportanalyse, ist es entscheidend, Details von einem sich bewegenden Objekt zu erhalten. Daher suchen Systementwickler ständig nach Möglichkeiten, die Bildwiederholraten ohne Kompromisse bei der Bildqualität zu erhöhen. Ebenso ist es häufig nötig, die von Kameras übertragenen Daten zu reduzieren. Um diese Ziele zu erreichen, können Systementwickler eine oder mehrere der unten aufgeführten Funktionen, Produkte und Methoden verwenden.

Funktion: Verlustfreie Komprimierung und mehr FPS

Die Funktion „Verlustfreie Komprimierung“ komprimiert die Bilddaten auf der Kamera, überträgt die komprimierte Datei an den PC und kann beim Erreichen des PCs dekomprimiert oder in einer kleineren komprimierten Form gespeichert werden. Es gibt keinen Datenverlust, die Bilder bleiben erhalten.

Vorteile:

  • erhöht FPS um bis zu 170 Prozent,
  • geringere Datenübertragung,
  • verringert Speicherbedarf,
  • Optimierung der Konfigurationen mehrerer Kameras,
  • Keine zusätzlichen Kosten.

Produkt: Eingebettete Lösungen für TX2

Die Quartet Embedded Solution für TX2 ­ermöglicht die einfache Integration und das gleichzeitige Streaming von bis zu 4 x USB3-Machine-Vision-Kameras bei voller Band­breite. Diese kundenspezifische Träger­platine bietet ein vollständig integriertes SOM-Design, das Größe und Kosten verringert, weil es ohne periphere Hardware und Host-Systeme auskommt. Mit den vier TF38-Anschlüssen und dedizierten USB3-Host-Controllern pro Port können Systemdesigner jetzt problemlos mehrere voll ausgestattete Machine-Vision-Kameras auf Platinenebene in ihre Embedded-Vision-Systeme ­integrieren.

Vorteile:

  • Optimierung der Setups mit mehreren Kameras,
  • erhöht FPS,
  • interne Verarbeitung

Mehrkamerasysteme

Bei Mehrkamerasystemen gibt es eine Reihe von Parametern, die optimiert werden können.
Die Verwendung mehrerer Host-Adapter oder eines Hubs/Switches bestimmt die von einer Kamera gesehene Gesamtbandbreitenbeschränkung. Die Verwendung mehrerer Host-Adapter bedeutet, dass jeder die volle Schnittstellenbandbreite bereitstellt. Der Einsatz von Hubs/Switches kann die Gesamtbandbreite der Kamera auf das Schnittstellenbandbreitenlimit begrenzen. Sie können jedoch auch universell von Desktop-, Laptop- und eingebetteten Systemgeräten verwendet werden.
DeviceLinkThroughputLimit ist eine Kameraeinstellung, die die Gesamtbandbreite bestimmt, die jede Kamera aufnehmen kann. Wenn Sie mehrere Kameras an einem Bus/Host-Adapter verwenden, ist es wichtig, dies zu reduzieren, um sicherzustellen, dass die kombinierte Bandbreite aller Kameras die Bandbreitenbeschränkungen der Schnittstelle nicht überschreitet, während ein bestimmter Wert beibehalten wird, um die für Ihre Anwendung erforderliche Kombination aus Auflösung/Bildrate zu erreichen.
Systemkomponenten sind wichtig, um die Verarbeitungsleistung eines Com­puters/
Host-Systems zu bestimmen. Es ist wichtig  zu wissen, welche Spezifikationen für den Betrieb mehrerer Kameras erforderlich sind und welche Leistung Sie bei einem bestimmten Hardware-System erwarten können.
Alle diese Einstellungen können in Windows für jeden GigE-Host-Adapter einzeln manuell konfiguriert werden.

Vorteil:

  • Verbesserung der Bandbreitennutzung.

Optimierung der Einstellungen des GigE-Netzwerkadapters

Die richtigen Netzwerkadaptereinstellungen sind entscheidend, um den maximal möglichen Bandbreitendurchsatz ohne verworfene Pakete zu erreichen. Das beinhaltet: Empfangs- und Sendepuffer bestimmen den vom Adapter verwendeten System­speicher. Ein Erhöhen dieser Werte verbessert die Gesamtleistung des Systems beim Umgang mit dem Datenverkehr (oder in diesem Fall Bilddaten).

In ähnlicher Weise verringert das Erhöhen der Paketgröße (auch als Jumbo-Pakete bekannt) die Anzahl der für die CPU erforderlichen Interrupts, wodurch die CPU-Auslastung reduziert und die Leistung erneut verbessert wird.

Adapter-IP-Adresse, Subnetz-Maske und Standard-Gateway sind wichtige Labels, die mit den GigE-Kameras übereinstimmen müssen, damit die Kameras auf jedem Host-Adapter richtig erkannt werden.

Alle diese Einstellungen können in Windows für jeden GigE-Host-Adapter einzeln manuell konfiguriert werden.
Für Spinnaker-SDK-Benutzer macht es die Anwendung Adapter Config Utility einfach, die besten Werte auszuwählen, um alle GigE/10GigE-Ethernet-Adaptereinstellungen für die höchstmögliche Leistung zu optimieren, wodurch sich die Einstellungen eines GigE-Host-Adapters automatisch oder sogar aller GigE-Host-Adapter gleichzeitig aktualisieren lassen.

Vorteile:

  • erhöht FPS,
  • beseitigt Datenverlust,
  • erhöht die Zuverlässigkeit.

Optimierung der Bildwiederholrate

Es gibt eine Reihe von Kameraeinstellungen, die verwendet werden können, um die Bildrate zu optimieren. Wenn Sie beispielsweise den Zielbereich (oder insbesondere die Anzahl der Pixel, die für die Höhe verwendet werden) reduzieren, wird die maximale Framerate über das angegebene Maximum hinaus erhöht. Einige andere Einstellungen, die bei der Optimierung für die maximale Bildrate wichtig sind, sind wie folgt: Die Bittiefe bestimmt die Anzahl der Bits, die jedem Pixel zugeordnet sind; die Reduzierung der Bittiefe auf den niedrigsten verfügbaren Wert bietet die größte Option für die maximale Framerate.

Die Belichtungszeit bestimmt, wie lange ein Bild dem Licht ausgesetzt ist; um die maximale Bildrate der Kamera zu erreichen, sollte die Belichtungszeit nie größer als 1 über der maximalen Bildrate liegen.

Das Pixelformat legt das Format fest, das für die Darstellung von Bilddaten verwendet wird; durch die Wahl eines 8-Bit-Pixelformats bietet es die größte Option für die maximale Bildrate.

Belichtung/Verstärkung/Weißabgleich Auto sind alles automatische Einstellungen, die, wenn sie aktiviert sind, die maximale Bildrate reduzieren können, daher ist es wichtig, dass sie alle deaktiviert sind.

Es ist einfach, diese Einstellungen manuell über GenICam-kompatible Software zu ändern. Für diejenigen, die das Spinnaker SDK verwenden, verfügt die Spinview-GUI-Anwendung jedoch über eine Funktion zur „Optimierung der Kamera-Bildwiederhol­rate“, die automatisch alle aufgeführten Kameraeinstellungen ändert, um sicherzustellen, dass die zugehörige Kamera mit ihrer aktuellen maximalen Bildwiederholrate arbeitet. Zu finden ist diese Funktion im Streaming-Fenster zwischen dem Histogramm- und dem Aufnahmefenster-Button.

Vorteil:

  • erhöht FPS.

Autor
William Gallego, Product Marketing Manager (Machine Vision)

Kontakt

Flir Systems GmbH

Berner Straße 81
60437 Frankfurt am Main
Deutschland

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+49 69 950090 40

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