讓10GigE機(jī)器視覺(jué)變得可靠且經(jīng)濟(jì)實(shí)惠-包括多攝像頭設(shè)置

概述

快速檢測(cè)線、半導(dǎo)體工廠、智能交通系統(tǒng)、運(yùn)動(dòng)分析和容積捕捉等多種視覺(jué)系統(tǒng)應(yīng)用場(chǎng)景都需要高分辨率、高 FPS 和高數(shù)據(jù)傳輸率來(lái)達(dá)到更好的結(jié)果。對(duì)于希望利用幀率更快和分辨率更高的機(jī)器視覺(jué)攝像頭來(lái)改進(jìn)輸出的視覺(jué)系統(tǒng)工程師來(lái)說(shuō)，從 1GigE 升級(jí)到 10GigE 是顯而易見(jiàn)的選擇。然而，根據(jù) AIA（自動(dòng)成像協(xié)會(huì)）的研究，其采用相當(dāng)緩慢。考慮到這種升級(jí)帶來(lái)的三個(gè)技術(shù)挑戰(zhàn)：可靠性（丟包）、高 CPU 使用率和高延遲，這一點(diǎn)可以理解。本文介紹了 Teledyne FLIR Oryx + Myricom 捆綁解決方案如何解決這些挑戰(zhàn)。

更新1：完美的性能

雖然 10GigE Vision 的帶寬比 GigE Vision 協(xié)議高 10 倍，但 10GigE 主機(jī)適配器性能卻并未相應(yīng)提高。從攝像頭向主機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸通常會(huì)導(dǎo)致 CPU 過(guò)載，造成應(yīng)用程序緩沖區(qū)溢出，以及對(duì)于要求苛刻的應(yīng)用程序而言不可接受的丟包水平。

通過(guò)利用主機(jī)適配器直接在卡上處理數(shù)據(jù)包接收和圖像重建，CPU 就不再需要管理這些任務(wù)。Teledyne FLIR Oryx + Myricom 捆綁解決方案專(zhuān)為應(yīng)對(duì)此類(lèi)情況而設(shè)計(jì)。如我們下方的測(cè)試結(jié)果所示，系統(tǒng)可靠性可大幅提高，從而顯著減少丟包，進(jìn)而減少丟幀。

該捆綁解決方案可與我們?nèi)碌亩ㄖ?SDK 驅(qū)動(dòng)程序無(wú)縫結(jié)合，專(zhuān)門(mén)用于處理 Myricom 卡提供的數(shù)據(jù)。通過(guò)這種組合，可以完美、可靠地將圖像數(shù)據(jù)從攝像頭傳輸?shù)街鳈C(jī) PC 上。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)下方附錄：可靠性和 CPU 使用率測(cè)試。

Teledyne FLIR Oryx + Myricom 捆綁解決方案的高性?xún)r(jià)比使其成為顯而易見(jiàn)的選擇；與分別購(gòu)買(mǎi)硬件再集成相比，這是一種經(jīng)濟(jì)實(shí)惠且高度可靠的設(shè)置。

更新2：CPU 使用率可管理

理論上，CPU 最高可以用一個(gè)內(nèi)核的 100% 來(lái)處理從 10GigE 接入的輸入數(shù)據(jù)，并且在運(yùn)行多個(gè)應(yīng)用程序/攝像頭時(shí)可以使用多個(gè)內(nèi)核。通過(guò)使用 Myricom 卡來(lái)管理數(shù)據(jù)包接收和圖像重建，每個(gè)應(yīng)用程序的 CPU 使用率可以低至 1%，從而可以將更多的 CPU 周期用于圖像處理。檢測(cè)結(jié)果見(jiàn)下方附錄：可靠性和 CPU 使用率測(cè)試

更新3：延遲縮短

10GigE Vision 的幀延遲不是確定的；這意味著幀的到達(dá)可能伴隨顯著的時(shí)基抖動(dòng)。在某些情況下，特別是對(duì)于交換機(jī)，不僅存在丟包，有時(shí)幀的接收會(huì)出現(xiàn)逆序現(xiàn)象。Teledyne FLIR Oryx + Myricom 捆綁解決方案通過(guò)及時(shí)通知幀完成以縮短延遲，以及減少時(shí)基抖動(dòng)來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。

附錄：可靠性和 CPU 使用率測(cè)試

測(cè)試1：高帶寬 7 天串流

使用通過(guò) Teledyne FLIR Spinnaker API 創(chuàng)建的定制控制臺(tái)應(yīng)用程序，設(shè)置由 890 萬(wàn)像素 Teledyne FLIR Oryx 攝像頭來(lái)連續(xù)捕捉圖像，并跟蹤任何不完整的圖像，無(wú)額外的處理或第三方資源密集型程序同時(shí)運(yùn)行。

測(cè)試結(jié)果：采集約 4000 萬(wàn)幀圖像；檢測(cè)到 0 幀不完整/丟失的圖像。

注：在整個(gè) 7 天的測(cè)試期間檢查了 CPU 使用率，發(fā)現(xiàn)始終保持在 1%。在停用新的 Myricom 驅(qū)動(dòng)程序，僅依靠 FLIR 標(biāo)準(zhǔn)濾波器驅(qū)動(dòng)器的情況下，專(zhuān)門(mén)用于應(yīng)用程序的 CPU 核心的 CPU 使用率保持在大約 100% 的水平。

測(cè)試2：雙攝像頭串流

該測(cè)試包括在同一定制控制臺(tái)應(yīng)用程序中運(yùn)行的兩臺(tái) Oryx 攝像頭（ORX-10G-123S6M 和 ORX-10G-89S6C），每臺(tái)攝像頭的帶寬為 6.7 Gb/s，連續(xù)運(yùn)行 24 小時(shí)。

測(cè)試結(jié)果：每個(gè)攝像頭采集約 600 萬(wàn)幀圖像；檢測(cè)到 0 幀不完整/丟失的圖像

測(cè)試3：24 小時(shí) CPU 壓力測(cè)試

該測(cè)試包括一臺(tái) Oryx 攝像頭（ORX-10G-123S6M），其設(shè)置與測(cè)試 1 相同。

使用了與測(cè)試 1 相同的控制臺(tái)應(yīng)用程序，但這次同時(shí)使用了另一個(gè)應(yīng)用程序；該定制應(yīng)用程序旨在模擬高工作負(fù)荷，CPU 的總使用率約為 90%（所有八個(gè)內(nèi)核）。

測(cè)試結(jié)果：采集約 600 萬(wàn)幀圖像；檢測(cè)到 0 幀不完整/丟失的圖像

測(cè)試系統(tǒng)硬件和軟件規(guī)格：

i7-9700k @ 3.6GHz | 16GB | Windows 10 1809

Teledyne FLIR Spinnaker 2.1.0.82 和 PGRLwf 2.7.3.397 與帶 Myricom 支持的定制 2.3.0.x 版本

Oryx ORX-10G-123S6M

Oryx ORX-10G-89S6C