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技術(shù)支持

【視覺知識】圖像緩沖技術(shù)

  • 來源:光虎

圖像緩沖技術(shù)


緩沖技術(shù)是為了協(xié)調(diào)吞吐速度相差很大的設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳送而采用的技術(shù)。
為了緩和CPU和I/O設(shè)備速度不匹配的矛盾,提高CPU和I/O設(shè)備的并行性,在現(xiàn)代操作系統(tǒng)中,幾乎所有的I/O設(shè)備在與處理機交換數(shù)據(jù)時都用了緩沖區(qū),并提供獲得和釋放緩沖區(qū)的手段??偨Y(jié)來說,緩沖區(qū)技術(shù)用到了緩沖區(qū),而緩沖區(qū)的引入是為了緩和CPU和I/O設(shè)備的不匹配,減少對CPU的中斷頻率,提高CPU和I/O設(shè)備的并行性。
在數(shù)據(jù)到達與離去速度不匹配的地方,就應(yīng)該使用緩沖技術(shù)。緩沖技術(shù)好比是一個水庫,如果上游來的水太多,下游來不及排走,水庫就起到“緩沖”作用,先讓水在水庫中停一些時候,等下游能繼續(xù)排水,再把水送往下游。
在工業(yè)上通常指工業(yè)相機進行數(shù)據(jù)傳輸時為了迅速采集圖像而采用的技術(shù),也叫圖像緩沖技術(shù)。

為什么使用圖像緩沖技術(shù)?

工業(yè)相機采集光信號,由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號的速度往往是極快的,但是由于相機數(shù)據(jù)傳輸接口速度的限制,實際從相機處理器傳輸?shù)絇C的速度會大打折扣,所有圖像都從一個通道進行傳輸,如圖所示。



以Sony IMX287LLR/LQR芯片為例,其分辨率為728×544,在模數(shù)轉(zhuǎn)換位數(shù)為10bit時,全分辨率下所能達到的最高幀率為436.9fps,每秒鐘所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量約為165.1MB。


由于相機數(shù)據(jù)接口的不同,帶寬不一樣,就導(dǎo)致相機和PC的吞吐速度相差較大。

例如,千兆以太網(wǎng)傳輸速率為1Gbps,與相機的吞吐量相差較大,以千兆以太網(wǎng)作為傳輸接口,最高幀率只能達到338fps左右。

而選用USB3.0作為數(shù)據(jù)傳輸接口,其傳輸速率為5Gbps,比該相機的數(shù)據(jù)產(chǎn)生大小要大,所以以USB3.0作為傳輸接口,最高幀率可以到436.9fps左右。

那么千兆以太網(wǎng)傳輸就達不到芯片的理想幀率嗎?

顯然不是的,使用帶圖像緩沖的千兆以太網(wǎng)相機,就可以達到理想幀率:

帶有圖像緩沖的工業(yè)相機,內(nèi)部配置了一個緩存,用來快速裝載大量的圖片,這樣就可以以最高幀率抓取多張圖片,但是在這種模式下,并不意味著相機可以一直保持最高幀率進行連續(xù)拍攝,當圖像緩沖區(qū)填滿之后,相機將以較慢的速度運行,回到千兆以太網(wǎng)的傳輸速率進行圖像傳輸,如圖所示。



圖像緩沖技術(shù)的工業(yè)應(yīng)用

    ①對于較為常見的工業(yè)相機,運用圖像緩沖技術(shù),在配置緩存的情況下,可以瞬時記錄高速過程,即使用價格較低的相機實現(xiàn)性能較高相機所拍攝的效果。

②對于高速相機,在相機自帶內(nèi)存的情況下,記錄圖像的過程也可以稱為圖像緩沖的過程,由于不涉及通過接口進行實時傳輸,由RAM接收圖像數(shù)據(jù),即可將高速捕獲的圖片暫時放置在內(nèi)存里,這也是圖像緩沖技術(shù)的一個較為成功的表現(xiàn)。


來源:光虎光學內(nèi)部培訓(xùn)資料


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