圖像緩沖技術

緩沖技(ji)術是為了協調吞吐速度相(xiang)差很大的設備(bei)之間數據傳送而采(cai)用的技(ji)術。

為了(le)緩(huan)和(he)(he)CPU和(he)(he)I/O設(she)(she)(she)備速度不匹配(pei)的(de)(de)矛盾，提(ti)(ti)高(gao)CPU和(he)(he)I/O設(she)(she)(she)備的(de)(de)并行(xing)(xing)性，在現(xian)代操作系統中，幾(ji)乎所(suo)有的(de)(de)I/O設(she)(she)(she)備在與處理機(ji)交換數(shu)據時都(dou)用(yong)了(le)緩(huan)沖(chong)區(qu)，并提(ti)(ti)供(gong)獲得和(he)(he)釋放緩(huan)沖(chong)區(qu)的(de)(de)手段。總結來說，緩(huan)沖(chong)區(qu)技(ji)術(shu)用(yong)到了(le)緩(huan)沖(chong)區(qu)，而緩(huan)沖(chong)區(qu)的(de)(de)引入是為了(le)緩(huan)和(he)(he)CPU和(he)(he)I/O設(she)(she)(she)備的(de)(de)不匹配(pei)，減少(shao)對CPU的(de)(de)中斷頻率，提(ti)(ti)高(gao)CPU和(he)(he)I/O設(she)(she)(she)備的(de)(de)并行(xing)(xing)性。

在數據(ju)到達與離去速度(du)不(bu)匹配的地(di)方，就應該(gai)使用緩(huan)沖技術。緩(huan)沖技術好比(bi)是(shi)一個水(shui)庫(ku)，如果(guo)上游(you)來的水(shui)太多，下游(you)來不(bu)及排(pai)走，水(shui)庫(ku)就起到“緩(huan)沖”作用，先讓(rang)水(shui)在水(shui)庫(ku)中(zhong)停一些(xie)時候，等下游(you)能繼續排(pai)水(shui)，再把水(shui)送(song)往下游(you)。

在(zai)工業上通常指工業相機進(jin)行數據(ju)傳輸時為了迅速(su)采集圖像而采用的技(ji)術，也叫圖像緩(huan)沖技(ji)術。

為什么使(shi)用圖像緩沖技術？

工業相(xiang)機采集光信號，由(you)(you)模擬信號轉換為數(shu)字信號的(de)速(su)度往往是極快的(de)，但是由(you)(you)于(yu)相(xiang)機數(shu)據傳(chuan)輸接口(kou)速(su)度的(de)限制，實際(ji)從(cong)相(xiang)機處理(li)器傳(chuan)輸到PC的(de)速(su)度會大打(da)折扣，所有圖像(xiang)都(dou)從(cong)一個(ge)通道進行傳(chuan)輸，如(ru)圖所示。

以(yi)Sony IMX287LLR/LQR芯片為(wei)例，其分辨(bian)率為(wei)728×544，在模(mo)數轉換位數為(wei)10bit時，全(quan)分辨(bian)率下所能達(da)到的最高幀(zhen)率為(wei)436.9fps，每秒鐘所產生的數據量約為(wei)165.1MB。

由于相(xiang)機數(shu)據接口(kou)的不同，帶寬不一樣，就導(dao)致相(xiang)機和PC的吞吐(tu)速(su)度相(xiang)差較大。例(li)如，千(qian)(qian)兆(zhao)(zhao)以太網傳輸(shu)速(su)率(lv)為1Gbps，與相(xiang)機的吞吐(tu)量相(xiang)差較大，以千(qian)(qian)兆(zhao)(zhao)以太網作(zuo)為傳輸(shu)接口(kou)，最高幀率(lv)只能達到338fps左右(you)。

而選用USB3.0作為(wei)數據傳(chuan)輸(shu)接口(kou)，其傳(chuan)輸(shu)速(su)率為(wei)5Gbps，比該相(xiang)機的數據產生大小要大，所以(yi)(yi)以(yi)(yi)USB3.0作為(wei)傳(chuan)輸(shu)接口(kou)，最(zui)高幀率可以(yi)(yi)到436.9fps左右。

那么千(qian)兆以(yi)(yi)(yi)太網傳輸(shu)(shu)就達(da)不到(dao)(dao)芯片的(de)理想幀(zhen)率(lv)(lv)嗎？顯然不是的(de)，使用(yong)帶(dai)圖(tu)像(xiang)緩(huan)沖的(de)千(qian)兆以(yi)(yi)(yi)太網相機(ji)，就可以(yi)(yi)(yi)達(da)到(dao)(dao)理想幀(zhen)率(lv)(lv)。帶(dai)有圖(tu)像(xiang)緩(huan)沖的(de)工(gong)業(ye)相機(ji)，內部(bu)配(pei)置了一個緩(huan)存，用(yong)來快速(su)(su)(su)裝載大量的(de)圖(tu)片，這(zhe)(zhe)樣就可以(yi)(yi)(yi)以(yi)(yi)(yi)最高(gao)幀(zhen)率(lv)(lv)抓取多張圖(tu)片，但(dan)是在(zai)這(zhe)(zhe)種(zhong)模式下(xia)，并不意味著相機(ji)可以(yi)(yi)(yi)一直保持最高(gao)幀(zhen)率(lv)(lv)進行連續拍攝，當圖(tu)像(xiang)緩(huan)沖區填滿之后，相機(ji)將以(yi)(yi)(yi)較(jiao)慢的(de)速(su)(su)(su)度運行，回到(dao)(dao)千(qian)兆以(yi)(yi)(yi)太網的(de)傳輸(shu)(shu)速(su)(su)(su)率(lv)(lv)進行圖(tu)像(xiang)傳輸(shu)(shu)，如圖(tu)所示(shi)。

圖像緩沖技術的應用

①對于較為常見的(de)工(gong)業(ye)相(xiang)機，運用(yong)圖像緩(huan)沖技術，在配(pei)置緩(huan)存(cun)的(de)情況下，可(ke)以瞬時記錄(lu)高速過程，即(ji)使用(yong)價(jia)格較低的(de)相(xiang)機實現(xian)性能較高相(xiang)機所拍攝的(de)效果。

②對于(yu)高速相機(ji)(ji)，在相機(ji)(ji)自帶內存的(de)情況下，記(ji)錄圖像(xiang)(xiang)的(de)過程也(ye)可(ke)以(yi)稱為(wei)圖像(xiang)(xiang)緩(huan)沖(chong)的(de)過程，由于(yu)不涉及(ji)通過接(jie)口(kou)進(jin)行實時(shi)傳(chuan)輸，由RAM接(jie)收圖像(xiang)(xiang)數據，即可(ke)將高速捕(bu)獲的(de)圖片(pian)暫時(shi)放(fang)置在內存里，這也(ye)是圖像(xiang)(xiang)緩(huan)沖(chong)技術的(de)一個較為(wei)成功的(de)表現(xian)。