Capacité en temps réel dans le traitement des images
Dans le domaine de la robotique industrielle, du contrôle de la qualité ou des processus à grande vitesse, la capacité en temps réel d'un système de vision est cruciale pour l'efficacité et la stabilité du processus. Pour obtenir des temps de réponse stables de l'ordre de la microseconde, il est utile de disposer d'un système global déterministe composé de matériel et de logiciels de vision coordonnés et capables de fonctionner en temps réel.
Dernière mise à jour : 24/11/2025
Faits marquants sur la capacité en temps réel
La capacité en temps réel est cruciale pour un traitement d'image précis, stable et efficace dans l'industrie.
La faible latence garantit une synchronisation exacte et une réponse rapide dans les processus à grande vitesse.
GigE convient aux applications flexibles avec des exigences de latence modérées et une intégration simple.
CoaXPress (CXP) offre une latence extrêmement faible et une bande passante élevée - idéale pour les applications à haut débit et multi-caméras.
Le choix de la bonne interface et du bon matériel de vision est crucial pour la fiabilité et la qualité du processus.
Transmission des caméras en temps réel : La clé pour des décisions rapides
Dans les solutions d'automatisation modernes, les microsecondes sont souvent décisives. Si un système de vision ne réagit pas assez rapidement ou ne travaille pas en synchronisation précise, il en résulte des erreurs de tri, des temps d'arrêt ou des erreurs de production. Une transmission en temps réel stable et à faible latence de la caméra avec un transfert de données optimisé est donc la condition sine qua non pour des temps de passage plus courts avec une stabilité maximale du processus.
Capacité en temps réel : essentielle pour une synchronisation précise et une latence minimale
Qu'il s'agisse de robotique, de contrôle de qualité optique ou de systèmes à grande vitesse, la capacité en temps réel est essentielle pour un traitement précis des images.
Cela permet la
synchronisation précise de tous les composants du système
de l'acquisition de l'image et du traitement des données d'image à la réaction dans le processus.
Cela garantit des processus stables, prévisibles et est crucial dans les applications à haute vitesse ou dans les situations où la caméra doit être déclenchée de l'extérieur en même temps que d'autres composants du système. Les exigences relatives au temps de réponse maximal autorisé entre le signal de déclenchement et l'acquisition de l'image varient en fonction de l'application et peuvent aller de quelques microsecondes à quelques secondes.
Exigences en matière de latence dans les applications de vision
Dans le traitement industriel des images, le temps de latence est un facteur décisif pour la fiabilité du processus et la qualité des résultats. La latence décrit le temps qui s'écoule entre une demande et la réception d'une réponse, par exemple entre le déclenchement de la caméra et l'arrivée des données d'image à traiter. Selon l'application, une latence excessive peut entraîner des inspections défectueuses, des temps de cycle non respectés ou une synchronisation imprécise. Il est donc important de connaître les exigences exactes en matière de latence de la tâche de vision concernée et de sélectionner le système en conséquence.
Applications avec un temps de latence modéré tolérable
Pour certaines applications, cependant, une latence légèrement plus élevée, de l'ordre de la milliseconde, est parfaitement acceptable sans compromettre la fonctionnalité ou la fiabilité du processus. Dans ces cas, l'accent n'est pas mis sur la réponse immédiate, mais sur la fiabilité de l'acquisition et de l'évaluation des données d'image.
Voici quelques exemples
Saisie et archivage de documents
Analyse à long terme des processus de production
Télésurveillance et télémaintenance
Caméras de sécurité et de surveillance
Dans de tels scénarios, des temps de latence de l'ordre de la milliseconde sont généralement suffisants et ne constituent pas une limitation.
Applications avec des exigences de latence extrêmement faibles
Dans certaines applications industrielles de traitement d'images, le temps de latence doit être de l'ordre de la microseconde afin de garantir un contrôle précis et sans erreur du processus. En particulier dans les processus synchronisés et à grande vitesse, même un léger retard peut entraîner des pertes de qualité ou des erreurs de production. Exemples typiques
Inspection à grande vitesse sur les bandes transporteuses
Robots pick-and-place avec traitement d'images
Contrôle de la qualité en temps réel dans la production
Systèmes multi-caméras synchronisés pour les mesures 3D
La transmission et le traitement rapides et déterministes des images sont essentiels.
Les interfaces appropriées pour les applications en temps réel : GigE et CoaXPress (CXP)
Les caméras GigE constituent une solution solide pour les applications présentant des exigences de latence modérées et des largeurs de bande plus faibles. Elles peuvent être utilisées de manière flexible et prendre en charge des longueurs de câble plus importantes, mais sont moins adaptées aux processus en temps réel avec des exigences de latence très faibles.
CoaXPress (CXP), quant à lui, permet des latences extrêmement faibles et des débits de données élevés, ce qui le rend idéal pour les applications exigeantes à grande vitesse et multi-caméras. L'interface doit donc toujours être sélectionnée en fonction des exigences spécifiques en matière de latence et du débit souhaité.
Critère | GigE (Gigabit Ethernet) | CoaXPress (CXP) |
Temps de latence typique | Plage de millisecondes | Gamme de microsecondes |
|---|---|---|
Largeur de bande | Jusqu'à 1 Gbit/s (GigE), 10 Gbit/s (10GigE) | Jusqu'à 12,5 Gbit/s par câble |
Longueur du câble | Jusqu'à 100 m (câble CAT standard) | Jusqu'à 40 m (à la largeur de bande maximale) |
Synchronisation | Limité, en fonction du réseau | Très précis, basé sur le matériel |
Prise en charge de plusieurs caméras * | De grands nombres sont possibles, mais avec des limites de réseau | Nombre limité, grande évolutivité |
Coûts du système | Matériel standard peu coûteux | Plus élevé, carte d'acquisition d'images CXP requise |
Applications typiques | Surveillance, capture de documents, surveillance à distance | Robotique, ophtalmologie, chirurgie, inspection à grande vitesse, mesure 3D, contrôle qualité en temps réel |
Intégration | Simple, largement utilisé | Plus complexe, composants spécifiques requis |
Convient pour | Applications à temps de latence tolérable | Applications à très faible latence |
* Les commutateurs en cascade permettent d'installer un grand nombre de caméras dans un système GigE, mais les limites du réseau signifient que la capacité en temps réel et les latences doivent être compromises.
Avec le CXP, les caméras peuvent être contrôlées de manière très efficace et précise. La relation de connexion 1:1, les canaux limités de la carte d'acquisition d'images et les emplacements PCIe limités dans le PC rendent une application multi-caméras très longue et complexe.
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Vers le livre blanc sur les caméras multiplesLes défis du traitement en temps réel dans le domaine de la vision industrielle
Le facteur décisif pour la qualité de l'image est une faible latence, c'est-à-dire le délai le plus court possible entre la réception du signal de déclenchement et l'acquisition de l'image. En outre, ce délai (gigue) ne doit pas varier, c'est-à-dire qu'il ne doit pas y avoir de gigue en ce qui concerne les moments de l'acquisition de l'image. Dans une application avec des fréquences d'images élevées (par exemple, 300 images par seconde), les temps de latence requis sont de l'ordre de la microseconde.
Latence et gigue
Le plus grand défi est de maintenir les temps de latence aussi bas que possible. Dans le même temps, le délai (gigue) ne doit pas varier. Un temps de latence et une gigue élevés peuvent affecter de manière significative la précision des décisions et la vitesse du processus.
Volumes de données et largeur de bande
Les grands volumes de données qui doivent être traités en temps réel nécessitent une large bande passante et un matériel puissant. Une transmission et un traitement inefficaces des données peuvent entraîner des goulets d'étranglement et des retards dans le système.
Synchronisation
Dans les systèmes multi-caméras, toute asynchronie des caméras peut entraîner des données inexactes et des erreurs dans l'analyse de l'image. Un contrôle et une synchronisation précis des signaux des caméras sont essentiels.
Traitement
Le traitement en temps réel nécessite une grande puissance de calcul. Les systèmes doivent exécuter des algorithmes complexes de traitement d'images en quelques fractions de seconde. Cela impose des exigences élevées aux processeurs et à l'ensemble de l'architecture du système.
Exemple : Automatisation des entrepôts - navigation en temps réel
Les véhicules autonomes et les robots mobiles utilisés dans l'automatisation des entrepôts nécessitent des composants de vision dotés d'une capacité en temps réel élevée et constante. Les véhicules ne peuvent détecter leur environnement, obstacles, et adapter les itinéraires de manière dynamique que si les données des capteurs et les informations des images sont évaluées en temps réel. Ce traitement rapide et précis garantit une circulation fluide des marchandises, des temps de cycle courts et une productivité maximale dans le cadre d'opérations menées 24 h/24 et 7 jours sur 7. Par conséquent, les systèmes de vision en temps réel sont la clé de processus d'automatisation sûrs, efficaces et flexibles dans les solutions logistiques modernes.
La capacité en temps réel permet de synchroniser exactement tous les composants du système, de l'acquisition de l'image par la caméra au traitement et à la réaction dans le processus. Elle garantit des processus stables et prévisibles et est indispensable dans les applications où chaque milliseconde compte. La capacité en temps réel est cruciale car elle permet une synchronisation précise et reproductible entre la caméra, le traitement des données et les actionneurs. C'est le seul moyen de contrôler de manière fiable et stable les processus critiques en termes de temps, tels que le tri, le positionnement ou l'éjection.
Lumière pour une synchronisation précise
Des temps de latence extrêmement faibles sont essentiels dans les applications de vision linéaire, la robotique et la technologie médicale. La lumière pulsée doit être activée avec une précision de l'ordre de la microseconde lors de la capture d'image pour garantir une exposition et une efficacité maximales. Dans les processus dynamiques, comme sur les chaînes de production ou en ophtalmologie, tout retard a des conséquences directes : l'objet n'est pas à la position souhaitée ou un laser ne peut pas être désactivé à temps. Seules une synchronisation précise et une latence minimale garantissent la sécurité des processus dans ces applications exigeantes.
Matériel et logiciel de vision pour les systèmes de traitement d'images en temps réel
Les produits matériels et logiciels Basler coordonnés constituent une solution fiable pour le traitement d'images en temps réel. Le choix entre GigE et CXP dépend des exigences de votre application en matière de latence, de bande passante et de synchronisation.
Système de vision GigE capable de fonctionner en temps réel avec des composants Basler
Un système de vision GigE en temps réel de Basler est typiquement basé sur les composants matériels et logiciels suivants :
Caméra Basler GigE :
Convient à une utilisation industrielle Caméras GigE de Basler offrent une qualité d'image élevée et prennent en charge des taux de rafraîchissement allant jusqu'à plusieurs dizaines d'images par seconde. Elles sont dotées d'entrées de déclenchement pour un déclenchement précis et sont conçues pour un fonctionnement continu.Infrastructure de réseau standard :
La connexion se fait par l'intermédiaire d'un réseau commercial Câble CAT et les commutateurs Gigabit Ethernet. Cela permet des longueurs de câble flexibles et une intégration facile dans les structures informatiques existantes.Cartes d'interface BaslerGigE (en option) :
Pour les besoins en temps réel plus exigeants, une carte d'interface Basler Cartes PC qui transmet les données d'image directement au système hôte avec un temps de latence minimal (à partir de Q1/2026).Suite logicielle Basler pylon :
Le logiciel pylon permet la configuration, le contrôle et l'évaluation des caméras. Il offre une API standardisée pour l'acquisition d'images, la commande de déclenchement et la transmission de données en temps réel.VisualApplets (facultatif) :
VisualApplets peut être utilisé pour le prétraitement basé sur le FPGA. Cela permet d'exécuter les fonctions de traitement d'image directement sur les caméras Basler GigE ace 2 et de réduire la charge sur l'unité centrale.
Exemple de calcul Système GigE
Si une caméra fonctionne à une fréquence de 20 images par seconde (ips), une image est capturée toutes les 50 ms. Le traitement en temps réel est donc de l'ordre de la milliseconde.
Un tel système de vision GigE convient aux applications ayant des exigences de latence modérées, une infrastructure flexible et une évolutivité simple. Les domaines d'application typiques comprennent la surveillance de la production, le contrôle de la qualité et la capture de documents.
Système CoaXPress-Vision en temps réel avec composants Basler
Un système CoaXPress de Basler, capable de fonctionner en temps réel, se compose généralement des éléments matériels et logiciels suivants :
Caméra Basler CXP:
Haute performance Caméras CXP-12 de Basler fournissent des données d'image avec une bande passante extrêmement élevée et une latence minimale. Ils sont conçus pour des applications en temps réel exigeantes et des taux de rafraîchissement élevés.Carte d'acquisition Basler CXP:
La carte d'acquisition reçoit directement les signaux CXP, les traite sur une base matérielle et transmet les données d'image au système hôte avec une latence de l'ordre de la microseconde. Elle prend en charge la synchronisation de plusieurs caméras et de signaux externes.Câble CXP et Power-over-CXP :
La connexion s'effectue par un câble CXP de haute qualité. Câble coaxialqui combinent les données et l'alimentation électrique (Power over CoaXPress). Cela permet de réduire les coûts de câblage et d'accroître la fiabilité.Suite logicielle Basler pylon :
Le logiciel pylon est également utilisé ici. Il permet un contrôle précis, une synchronisation et une évaluation en temps réel des caméras CXP et des cartes d'acquisition.VisualApplets : VisualApplets est idéal pour le prétraitement en temps réel directement sur la carte d'acquisition d'images. Cela permet d'exécuter des algorithmes complexes de traitement d'images sans charge supplémentaire de l'unité centrale.
Exemple de calcul Système CXP
Dans la gamme CXP, les caméras travaillent avec des fréquences d'images plus élevées, de 400 ips en moyenne, ce qui signifie qu'elles fournissent une image toutes les 2,5 ms. Le traitement en temps réel est donc de l'ordre de la microseconde. Le traitement se fait souvent par ligne et non par image ou par trame.
Sur la base d'un capteur moyen de 9 MP et d'une résolution d'image carrée de 3000 px * 3000 px, le système CXP traite les lignes en 0,8 microseconde ou 833 nanosecondes.
Ce système CXP est idéal pour les installations synchronisées multi-caméras, inspections à grande vitesse et les applications qui nécessitent une latence extrêmement faible et des débits de données maximaux.
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Questions fréquemment posées sur la capacité en temps réel
Qu'est-ce qu'une caméra capable de fonctionner en temps réel ?
Une caméra qui transmet des données d'image avec un temps de latence minimal et qui peut être déclenchée de manière déterministe par le biais d'une synchronisation matérielle basée sur un FPGA.
Actuellement, la caméra linéaire Basler la plus rapide racer 2 L fonctionne avec une fréquence de ligne de 200 kHZ, soit une transmission par ligne de 5 microsecondes.
Quelles sont les interfaces adaptées à la transmission de caméras en temps réel ?
CoaXPress et GigE avec des paramètres optimisés (par exemple le contrôle du délai des paquets) sont des interfaces puissantes pour les caméras industrielles et les systèmes de vision capables de fonctionner en temps réel.
Comment puis-je améliorer la capacité en temps réel de mon système ?
En utilisant le traitement FPGA (par exemple avec VisualApplets), des interfaces rapides, le logiciel pylon et une synchronisation précise de tous les composants.