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圖像緩沖技術

  • 來源：光虎

緩沖技術是為了協調吞吐速度相差很大的設備之間數據傳送而采用的技術。
為了緩和CPU和I/O設備速度不匹配的矛盾，提高CPU和I/O設備的并行性，在現代操作系統中，幾乎所有的I/O設備在與處理機交換數據時都用了緩沖區，并提供獲得和釋放緩沖區的手段。總結來說，緩沖區技術用到了緩沖區，而緩沖區的引入是為了緩和CPU和I/O設備的不匹配，減少對CPU的中斷頻率，提高CPU和I/O設備的并行性。
在數據到達與離去速度不匹配的地方，就應該使用緩沖技術。緩沖技術好比是一個水庫，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，等下游能繼續排水，再把水送往下游。
在工業上通常指工業相機進行數據傳輸時為了迅速采集圖像而采用的技術，也叫圖像緩沖技術。

為什么使用圖像緩沖技術？

工業相機采集光信號，由模擬信號轉換為數字信號的速度往往是極快的，但是由于相機數據傳輸接口速度的限制，實際從相機處理器傳輸到PC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。

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以Sony IMX287LLR/LQR芯片為例，其分辨率為728×544，在模數轉換位數為10bit時，全分辨率下所能達到的最高幀率為436.9fps，每秒鐘所產生的數據量約為165.1MB。

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由于相機數據接口的不同，帶寬不一樣，就導致相機和PC的吞吐速度相差較大。例如，千兆以太網傳輸速率為1Gbps，與相機的吞吐量相差較大，以千兆以太網作為傳輸接口，最高幀率只能達到338fps左右。
而選用USB3.0作為數據傳輸接口，其傳輸速率為5Gbps，比該相機的數據產生大小要大，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相機，就可以達到理想幀率。帶有圖像緩沖的工業相機，內部配置了一個緩存，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拍攝，當圖像緩沖區填滿之后，相機將以較慢的速度運行，回到千兆以太網的傳輸速率進行圖像傳輸，如圖所示。

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圖像緩沖技術的應用

①對于較為常見的工業相機，運用圖像緩沖技術，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接收圖像數據，即可將高速捕獲的圖片暫時放置在內存里，這也是圖像緩沖技術的一個較為成功的表現。


【來源：光虎視覺內部培訓資料】

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