비전 시스템 출력을 가속화하는 방법
자동화된 광학 검사부터 스포츠 분석에 이르기까지 다양한 응용 분야에서 움직이는 대상으로부터 최대한 많은 세부 정보를 얻는 것이 중요해졌습니다. 시스템 개발자는 가능한 최소의 비용 혹은 추가 비용 없이 이미지 품질을 저하시키지 않고, 프레임률을 높일 수 있는 방법을 끊임없이 찾고 있습니다. 마찬가지로, 대역폭 제한이 중요한 애플리케이션에서도 시스템 개발자는 카메라에서 전송되는 데이터를 줄일 수 있는 방법을 찾아야 합니다. 또한 데이터 저장 및/또는 쓰기 속도 제한이 있는 애플리케이션에서는 이미지 파일을 가능한 작게 유지하는 것이 중요합니다.
이러한 목표를 달성하기 위해 시스템 개발자는 아래 나열된 기능, 제품 및 방법 중 하나를 사용하거나 이들을 조합하여 사용할 수 있습니다.
기능: 무손실 압축 - GigE 프레임률 극대화
장점:
- FPS 증가
- 데이터 전송 감소
- 디스크 공간 사용량 최소화
- 멀티 카메라 설정 최적화
무손실 압축 기능을 통해 카메라의 이미지 데이터를 압축하여, 압축된 파일을 PC로 전송하고, PC에 도달하면 파일의 압축을 풀거나 더 작게 압축된 형식으로 저장할 수 있습니다. 데이터가 손실되지 않고 이미지는 그대로 유지됩니다.
이 기능을 사용하면 다음과 같은 이점을 얻을 수 있습니다.
- 최대 70% 더 높은 프레임률 제공
- 링크를 통한 데이터 전송 감소
- 디스크 공간 사용량 최소화
- 이미지 데이터 100% 유지
- 추가 비용 없음
이 그림은 LLC를 사용하지 않는 왼쪽과 LLC를 사용하는 오른쪽의 두 가지 시스템 설정을 보여줍니다. 이 예에서는 LLC 사용 시 추가 호스트 어댑터를 사용하지 않으면서 최대 프레임률을 높이는 방법을 보여줍니다(예: 1:1.8 압축 비율 가정)
제품: TX2용 Quartet 임베디드 솔루션
장점:
- 멀티 카메라 설정 최적화
- FPS 증가
- 온보드 프로세싱
이미지 1: USB3 보드 레벨 머신 비전 카메라 4대에 연결된 Quartet TX2 캐리어 보드
TX2용 Quartet 임베디드 솔루션을 통해 최대 대역폭에서 최대 4대의 USB3 머신 비전 카메라의 간편한 통합과 동시 스트리밍이 가능합니다. 이 맞춤형 캐리어 보드는 주변기기 하드웨어 및 호스트 시스템이 필요 없으므로 크기와 비용을 최적화하는 완전 통합형 SOM 설계를 제공합니다. 포트당 4개의 TF38 커넥터와 전용 USB3 호스트 컨트롤러를 제공하므로 이제 시스템 설계자는 다양하고 완전한 기능을 갖춘 머신 비전 보드 레벨 카메라를 임베디드 비전 시스템에 쉽게 통합할 수 있습니다.
자세한 내용은 TX2 캐리어 보드 제품 페이지를 참조하십시오.
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멀티 카메라 최적화
장점:
- 대역폭 활용도 향상
그림 2. 기가비트 이더넷 허브에 연결된 여러 대의 BFS-PGE 카메라가 기가비트 호스트 어댑터에 연결됩니다.
멀티 카메라 시스템의 경우, 최적화될 수 있는 여러 파라미터가 있습니다. 당사의 전문가들이 “Spinnaker를 사용하여 여러 GigE 카메라 설정” 및 “USB3 3.1 다중 카메라 설정”에서 다음 파라미터에 대해 설명합니다.
- 다중 호스트 어댑터 또는 허브/스위치를 사용하면 카메라에 표시되는 전체 대역폭 제한이 결정됩니다. 다중 호스트 어댑터를 사용한다는 것은 각 호스트 어댑터가 전체 인터페이스 대역폭을 제공한다는 것을 의미합니다. 허브/스위치를 사용하면 총 카메라 대역폭이 인터페이스 대역폭 한도로 제한될 수 있지만 데스크톱, 노트북 및 임베디드 시스템 장치에서도 보편적으로 사용할 수 있습니다.
- DeviceLinkThroughputLimit는 각 카메라가 사용할 수 있는 총 대역폭을 결정하는 카메라 설정입니다. 하나의 버스/호스트 어댑터에서 여러 대의 카메라를 사용하는 경우 애플리케이션에 필요한 해상도/프레임률 조합을 달성하기 위해 일정한 값을 유지하면서 모든 카메라를 결합한 대역폭이 인터페이스의 대역폭 한도를 초과하지 않도록 이 값을 줄이는 것이 중요합니다.
- 시스템 구성 요소는 컴퓨터/호스트 시스템의 처리 성능을 결정하는 데 중요합니다. 여러 대의 카메라를 작동하는 데 필요한 사양과 해당 하드웨어 시스템에서 기대할 수 있는 성능을 파악하는 것이 중요합니다.’
이러한 모든 설정은 각 GigE 호스트 어댑터에 대해 Windows에서 수동으로 구성할 수 있습니다. 이에 대한 지침은 “이더넷 네트워크 어댑터 설정을 최적화하는 방법”에서 자세히 설명하고 있습니다.
GigE 네트워크 어댑터 설정 최적화:
- 장점:
FPS 증가
데이터 손실 제거
안정성 향상
패킷 손실 없이 가능한 최대 대역폭 처리량을 달성하려면 올바른 네트워크 어댑터 설정을 유지하는 것이 중요합니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.
- 수신 및 전송 버퍼는 어댑터에서 사용되는 시스템 메모리를 결정합니다. 이러한 값을 늘리면 트래픽을 처리할 때(이 경우에는 이미지 데이터) 시스템의 전반적인 성능이 향상됩니다.
- 마찬가지로 패킷 사이즈(점보 패킷이라고도 함)를 늘리면 CPU에 필요한 인터럽트 수가 최소화되어 CPU 사용량이 줄어들고 성능이 향상됩니다.
- 어댑터 IP 주소, 서브넷 마스크 및 기본 게이트웨이는 모두 GigE 카메라와 일치하는 중요한 레이블로, 각 호스트 어댑터에서 카메라를 올바르게 인식합니다.
이러한 모든 설정은 각 GigE 호스트 어댑터에 대해 Windows에서 수동으로 구성할 수 있습니다. 이에 대한 지침은 “이더넷 네트워크 어댑터 설정을 최적화하는 방법”에서 자세히 설명하고 있습니다.
Spinnaker SDK 사용자의 경우 어댑터 구성 유틸리티(Adapter Config Utility) 애플리케이션을 사용하면 최상의 값을 쉽게 선택하여 모든 GigE/10GigE 이더넷 어댑터 설정을 최적화고 성능을 극대화할 수 있어 GigE 호스트 어댑터에서 설정을 자동으로 업데이트하거나 모든 GigE 호스트 어댑터를 동시에 업데이트할 수 있습니다.
이미지: GigE 어댑터 구성 유틸리티를 사용하면 GigE 네트워크 어댑터 설정을 쉽게 최적화할 수 있습니다.
프레임률 최적화
장점:
- FPS 증가
프레임률을 최적화하는 데 사용할 수 있는 카메라 설정은 여러 가지가 있습니다. 예를 들어, 관심 영역(또는 특히 높이에 사용중인 픽셀 수)을 줄이면 최대 프레임률이 나열된 최대값 이상으로 증가합니다.’ 최대 프레임률을 최적화할 때 고려해야 할 기타 설정은 다음과 같습니다.
- 비트 심도는 각 픽셀과 관련된 비트 수를 결정합니다. 비트 심도를 가능한 최저값으로 줄이면 최대 프레임률 옵션이 제공됩니다.
- 노출 시간은 이미지가 빛에 노출되는 시간을 결정합니다. 카메라의 최대 프레임률을 달성하려면 노출 시간이 최대 프레임률에서 1보다 커서는 안 됩니다.’
- 픽셀 형식은 영상 데이터 표현에 사용되는 형식을 결정합니다. 8비트 픽셀 형식을 선택하면 최대 프레임률 옵션을 제공합니다.
- 노출/게인/밸런스 화이트 자동은 모두 자동 설정이며, 활성화하면 최대 프레임률이 감소할 수 있기 때문에 이 모든 설정을 비활성화하는 것이 중요합니다.’
이미지: 노출 시간/자동과 같은 설정은 Spinnaker와 같은 GenICam 소프트웨어를 사용하여 수동으로 변경할 수 있습니다.
GenICam 호환 소프트웨어를 통해 이러한 설정을 수동으로 수정하는 것은 간단합니다. 그러나 Spinnaker SDK를 사용하는 사용자를 위해 SpinView GUI 애플리케이션에는 연결된 카메라가 현재 최대 프레임률로 작동하도록 나열된 모든 카메라 설정을 자동으로 수정하는 “카메라 프레임률 최적화(Optimize Camera Framerate)” 기능이 있습니다. 작동하려면 스트리밍 창에서 “FPS” 버튼(히스토그램과 레코딩 창 버튼 사이에 있음)을 클릭하면 됩니다. 이 지침은 다음에서도 찾아볼 수 있습니다. “이더넷 네트워크 어댑터 설정을 최적화하는 방법”.
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