Capacità in tempo reale nell'elaborazione delle immagini
Nella robotica industriale, nel controllo qualità o nei processi ad alta velocità, la capacità in tempo reale di un sistema di visione è fondamentale per l'efficienza e la stabilità del processo. Per ottenere tempi di risposta stabili nell'ordine dei microsecondi, è utile un sistema complessivo deterministico composto da hardware e software di visione coordinati e in grado di funzionare in tempo reale.
Ultimo aggiornamento: 16/12/2025
Fatti fondamentali sulla capacità in tempo reale
La capacità in tempo reale è fondamentale per un'elaborazione delle immagini precisa, stabile ed efficiente nell'industria.
La bassa latenza garantisce una sincronizzazione esatta e una risposta rapida nei processi ad alta velocità.
GigE è adatto ad applicazioni flessibili con requisiti di latenza moderati e di semplice integrazione.
CoaXPress (CXP) offre una latenza estremamente bassa e un'elevata larghezza di banda, ideale per applicazioni ad alta velocità e multi-camera.
La scelta della giusta interfaccia e dell'hardware di visione è fondamentale per l'affidabilità e la qualità del processo.
Trasmissione della telecamera in tempo reale: La chiave per decisioni rapide
Nelle moderne soluzioni di automazione, i microsecondi sono spesso decisivi. Se un sistema di visione non reagisce con sufficiente rapidità o non funziona con una sincronizzazione precisa, si verificano smistamenti errati, tempi morti o errori di produzione. Una trasmissione in tempo reale della telecamera stabile e a bassa latenza, con un trasferimento di dati ottimizzato, è quindi il prerequisito per ottenere tempi di produzione più brevi con la massima stabilità del processo.
Capacità in tempo reale: fondamentale per una sincronizzazione precisa e una latenza minima
Che si tratti di robotica, controllo ottico della qualità o sistemi ad alta velocità, la capacità in tempo reale è essenziale per un'elaborazione precisa delle immagini.
Consente di
sincronizzazione precisa di tutti i componenti del sistema
dall'acquisizione e dall'elaborazione dei dati delle immagini alla reazione nel processo.
Questo garantisce processi stabili e prevedibili ed è fondamentale in applicazioni ad alta velocità o in situazioni in cui la telecamera deve essere attivata esternamente insieme ad altri componenti del sistema. I requisiti per il tempo di risposta massimo consentito tra il segnale di attivazione e l'acquisizione dell'immagine variano a seconda dell'applicazione e possono variare da pochi microsecondi a secondi.
Requisiti di latenza nelle applicazioni di visione
Nell'elaborazione industriale delle immagini, la latenza è un fattore decisivo per l'affidabilità del processo e la qualità dei risultati. La latenza descrive il tempo che intercorre tra una richiesta e la ricezione di una risposta, ad esempio tra l'attivazione della telecamera e l'arrivo dei dati di immagine per l'elaborazione. A seconda dell'applicazione, una latenza eccessiva può portare a ispezioni errate, a tempi di ciclo non rispettati o a una sincronizzazione imprecisa. È quindi importante conoscere gli esatti requisiti di latenza del rispettivo compito di visione e scegliere il sistema di conseguenza.
Applicazioni con latenza moderata tollerabile
Per alcune applicazioni, tuttavia, una latenza leggermente superiore, nell'ordine dei millisecondi, è perfettamente accettabile senza compromettere la funzionalità o l'affidabilità del processo. In questi casi, l'attenzione non è rivolta alla risposta immediata, ma all'acquisizione e alla valutazione affidabile dei dati di immagine.
Esempi
Acquisizione e archiviazione dei documenti
Analisi a lungo termine dei processi produttivi
Monitoraggio e manutenzione a distanza
Telecamere di sicurezza e sorveglianza
In questi scenari, i tempi di latenza nell'ordine dei millisecondi sono generalmente sufficienti e non rappresentano una limitazione.
Applicazioni con requisiti di latenza estremamente bassi
In alcune applicazioni industriali di elaborazione delle immagini, la latenza deve essere dell'ordine dei microsecondi per garantire un controllo del processo preciso e senza errori. Soprattutto nei processi ad alta velocità e sincronizzati, anche un leggero ritardo può causare perdite di qualità o errori di produzione. Esempi tipici sono
Ispezione ad alta velocità su nastri trasportatori
Robot pick-and-place con elaborazione delle immagini
Controllo qualità in tempo reale nella produzione
Sistemi multicamera sincronizzati per misure 3D
La trasmissione e l'elaborazione rapida e deterministica delle immagini è essenziale in questo caso.
Le interfacce adatte per le applicazioni in tempo reale: GigE e CoaXPress (CXP)
Le telecamere GigE offrono una soluzione solida per le applicazioni con moderati requisiti di latenza e bande più basse. Possono essere utilizzate in modo flessibile e supportare cavi di lunghezza maggiore, ma sono meno adatte per processi in tempo reale con requisiti di latenza molto bassi.
CoaXPress (CXP), invece, consente latenze estremamente basse e elevate velocità di trasmissione dati, rendendola ideale per applicazioni esigenti ad alta velocità e multi-camera. La scelta dell'interfaccia deve quindi sempre basarsi sui requisiti specifici di latenza e sul throughput desiderato.
Criterio | GigE (Gigabit Ethernet) | CoaXPress (CXP) |
Latenza tipica | Intervallo di millisecondi | Intervallo di microsecondi |
|---|---|---|
Larghezza di banda | Fino a 1 Gbit/s (GigE), 10 Gbit/s (10GigE) | Fino a 12,5 Gbit/s per cavo |
Lunghezza del cavo | Fino a 100 m (cavo CAT standard) | Fino a 40 m (con larghezza di banda massima) |
Sincronizzazione | Limitato, a seconda della rete | Molto preciso, basato su hardware |
Supporto multi-camera | Grandi numeri possibili, ma con limitazioni di rete | Numero limitato, elevata scalabilità |
Costi del sistema | Hardware standard e poco costoso | Superiore, è richiesto il frame grabber CXP |
Applicazioni tipiche | Monitoraggio, acquisizione di documenti, monitoraggio remoto | Robotica, oftalmologia, chirurgia, ispezione ad alta velocità, misurazione 3D, controllo qualità in tempo reale |
Integrazione | Semplice, ampiamente utilizzato | Sono necessari componenti più complessi e specifici |
Adatto per | Applicazioni con latenza tollerabile | Applicazioni con latenza estremamente bassa |
* Gli switch a cascata consentono di installare un gran numero di telecamere in un unico sistema con GigE, ma le limitazioni della rete comportano un compromesso in termini di capacità e latenze in tempo reale.
Con CXP, le telecamere possono essere controllate in modo molto efficace e preciso. Il rapporto di connessione 1:1, i canali limitati del frame grabber e gli slot PCIe limitati del PC rendono un'applicazione multicamera molto lunga e complessa.
Applicazioni multicamera con GigE Vision 2.0
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Al white paper sulla multicameraLe sfide dell'elaborazione in tempo reale nella visione artificiale
Il fattore decisivo per la qualità dell'immagine è una bassa latenza, cioè il minor ritardo possibile tra la ricezione del segnale di attivazione e l'acquisizione dell'immagine. Inoltre, questo ritardo (jitter) non deve variare, cioè non deve esserci jitter rispetto ai tempi di acquisizione dell'immagine. In un'applicazione con frequenze di fotogrammi elevate (ad esempio, 300 fotogrammi al secondo), i tempi di latenza richiesti sono dell'ordine dei microsecondi.
Latenza e jitter
La sfida più grande è quella di mantenere i tempi di latenza il più bassi possibile. Allo stesso tempo, il ritardo (jitter) non deve variare. Una latenza e un jitter elevati possono influire in modo significativo sull'accuratezza delle decisioni e sulla velocità del processo.
Volumi di dati e larghezza di banda
I grandi volumi di dati che devono essere elaborati in tempo reale richiedono un'elevata larghezza di banda e un hardware potente. Una trasmissione e un'elaborazione inefficiente dei dati possono causare colli di bottiglia e ritardi nel sistema.
Sincronizzazione
Nei sistemi multicamera, qualsiasi asincronia delle telecamere può portare a dati imprecisi e a errori nell'analisi delle immagini. Il controllo e la sincronizzazione precisi dei segnali delle telecamere sono essenziali.
Elaborazione
L'elaborazione in tempo reale richiede un'elevata potenza di calcolo. I sistemi devono eseguire complessi algoritmi di elaborazione delle immagini in frazioni di secondo. Questo impone requisiti elevati ai processori e all'intera architettura del sistema.
Esempio: Automazione dimagazzino - navigazione in tempo reale
I veicoli autonomi e i robot mobili utilizzati nell'automazione di magazzino richiedono componenti di visione con un'elevata capacità real-time. I veicoli possono rilevare in modo affidabile l'ambiente circostante, gli ostacoli e adattare i percorsi in modo dinamico solo se i dati dei sensori e le informazioni delle immagini vengono valutati in tempo reale. Questa elaborazione rapida e precisa garantisce un flusso regolare di merci, tempi di ciclo brevi e la massima produttività nelle operazioni 24 ore su 24, 7 giorni su 7. Pertanto, i sistemi di visione in grado di funzionare in tempo reale sono la chiave per processi di automazione sicuri, efficienti e flessibili nelle moderne soluzioni logistiche.
La funzionalità in tempo reale consente l'esatta temporizzazione di tutti i componenti del sistema, dall'acquisizione dell'immagine della telecamera all'elaborazione e alla reazione nel processo. Ciò garantisce processi stabili e prevedibili ed è indispensabile nelle applicazioni in cui ogni millisecondo conta. La funzionalità in tempo reale è fondamentale perché consente una sincronizzazione precisa e ripetibile tra telecamera, elaborazione dati e attuatori. È l'unico modo per controllare in modo affidabile e stabile processi critici dal punto di vista temporale come lo smistamento, il posizionamento o l'espulsione.
Luce per sincronizzazione precisa
Nelle applicazioni di visione basate su linee, nella robotica e nella tecnologia medica, latenze estremamente basse sono essenziali. La luce pulsata deve essere attivata con precisione a livello di microsecondi durante l'acquisizione dell'immagine per garantire la massima esposizione ed efficienza. In processi dinamici, come nelle linee di produzione o in oftalmologia, ogni ritardo ha conseguenze dirette: l'oggetto non si trova nella posizione desiderata o un laser non può essere spento in tempo. Solo attraverso una sincronizzazione precisa e una latenza minima si può garantire la sicurezza del processo in queste applicazioni esigenti.
Hardware e software di visione per sistemi di elaborazione delle immagini in tempo reale
I prodotti hardware e software Basler coordinati forniscono una soluzione affidabile per l'elaborazione delle immagini in tempo reale. La scelta tra GigE e CXP dipende dai requisiti individuali di latenza, larghezza di banda e sincronizzazione della vostra applicazione.
Sistema di visione GigE in tempo reale con componenti Basler
Un sistema di visione GigE in tempo reale di Basler si basa in genere sui seguenti componenti hardware e software:
Telecamera Basler GigE:
Adatta all'uso industriale Telecamere GigE Basler offrono un'elevata qualità delle immagini e supportano frame rate fino a diverse decine di immagini al secondo. Sono dotati di ingressi trigger per un'attivazione precisa e sono progettati per il funzionamento continuo.Infrastruttura di rete standard: .
La connessione avviene tramite una rete disponibile in commercio Cavo CAT e switch Gigabit Ethernet. Ciò consente una lunghezza flessibile dei cavi e una facile integrazione nelle strutture IT esistenti.Basler Schede di interfaccia GigE (opzionali):
Per i requisiti in tempo reale più esigenti, un Basler Schede PC che inoltra i dati dell'immagine direttamente al sistema host con una latenza minima (dal 1° gennaio 2026).Basler pylon Software Suite:
Il software pylon consente la configurazione, il controllo e la valutazione delle telecamere. Offre un'API standardizzata per l'acquisizione delle immagini, il controllo del trigger e la trasmissione dei dati in tempo reale.VisualApplets (opzionale):
VisualApplets può essere utilizzato per la pre-elaborazione basata su FPGA. Ciò consente di eseguire le funzioni di elaborazione delle immagini direttamente sulle telecamere Basler GigE ace 2 e di ridurre il carico sulla CPU.
Esempio di calcolo Sistema GigE
Se una telecamera opera con una frequenza di 20 fotogrammi al secondo (fps), viene catturata un'immagine ogni 50 ms. L'elaborazione in tempo reale è quindi nell'ordine dei millisecondi.
Un sistema di visione GigE di questo tipo è adatto ad applicazioni con requisiti di latenza moderata, infrastruttura flessibile e scalabilità semplice. Le aree di applicazione tipiche includono il monitoraggio della produzione, il controllo di qualità e l'acquisizione di documenti.
Sistema CoaXPress-Vision in grado di funzionare in tempo reale con componenti Basler
Un sistema CoaXPress in tempo reale di Basler è solitamente composto dai seguenti componenti hardware e software:
Telecamera Basler CXP:
Prestazioni elevate Telecamere CXP-12 di Basler forniscono dati di immagine con una larghezza di banda estremamente elevata e una latenza minima. Sono stati progettati per applicazioni esigenti in tempo reale e con frame rate elevati.Frame grabber CXP Basler:
Il frame grabber riceve direttamente i segnali CXP, li elabora su base hardware e inoltra i dati delle immagini al sistema host con una latenza di microsecondi. Supporta la sincronizzazione di più telecamere e segnali esterni.Cavo CXP e Power-over-CXP:
Il collegamento avviene tramite un cavo di alta qualità Cavo coassialeche combinano dati e alimentazione (Power over CoaXPress). Questo riduce i costi di cablaggio e aumenta l'affidabilità.Basler pylon Software Suite:
Anche in questo caso viene utilizzato il software pylon. Consente il controllo preciso, la sincronizzazione e la valutazione in tempo reale delle telecamere e dei frame grabber CXP.VisualApplets: VisualApplets è ideale per la pre-elaborazione in tempo reale direttamente sul frame grabber. In questo modo è possibile eseguire complessi algoritmi di elaborazione delle immagini senza un ulteriore carico della CPU.
Calcolo del campione Sistema CXP
Nella gamma CXP, le telecamere lavorano con frequenze di fotogrammi più elevate, in media 400 fps, il che significa che forniscono un'immagine ogni 2,5 ms. L'elaborazione in tempo reale è quindi nell'ordine dei microsecondi. Spesso l'elaborazione avviene su una linea, non su un'immagine o un fotogramma.
Basandosi su un sensore medio da 9 MP e su una risoluzione dell'immagine quadrata di 3000 px * 3000 px, il sistema CXP elabora le linee in 0,8 microsecondi o 833 nanosecondi.
Questo sistema CXP è ideale per le configurazioni sincronizzate multi-camera, le ispezioni ad alta velocità e le applicazioni che richiedono latenza estremamente bassa e massima velocità di trasmissione dati.
Prodotti Basler abbinati
Una selezione di prodotti per il vostro sistema di visione in tempo reale
Domande frequenti sulla capacità in tempo reale
Una telecamera che trasmette dati di immagine con una latenza minima e che può essere attivata in modo deterministico tramite una temporizzazione hardware basata su FPGA.
Attualmente la telecamera a scansione di linea Basler più veloce racer 2 L funziona con una frequenza di linea di 200 kHZ, ovvero una trasmissione per linea di 5 microsecondi.
CoaXPress e GigE, con parametri ottimizzati (ad esempio, il controllo del ritardo dei pacchetti), sono interfacce potenti per telecamere industriali e sistemi di visione in tempo reale.
Utilizzando l'elaborazione FPGA (ad esempio con VisualApplets), interfacce veloci, software pylon e una precisa sincronizzazione di tutti i componenti.