25. febrúar 2022Rammatíðni myndavélar lýsir því hversu margar myndir myndavél getur tekið á sekúndu og er oft notuð sem aðalforskrift þegar hraðvirk myndgreiningarkerfi eru metin. Í kraftmiklum tilraunum, skoðunarferlum eða hraðvirkum líffræðilegum ferlum ákvarðar rammatíðnin beint hversu margar tímaupplýsingar er hægt að fanga.
Hins vegar er tilgreind hámarks rammatíðni ekki fast gildi. Hún fer eftir skynjaraarkitektúr, áhugasvæði (ROI), lýsingartíma, lestrarham og bandvídd gagnaviðmótsins. Í reynd er náanleg rammatíðni afleiðing margra samverkandi þátta. Til að skilja þessa þætti þarf að horfa lengra en rammar á sekúndu og skoða hvernig rammatími er myndaður innan myndavélarkerfisins.
Hvað er rammatíðni myndavélarinnar?
Rammatíðni myndavélar vísar til fjölda ramma sem myndavél getur tekið á sekúndu við skilgreindar rekstraraðstæður. Hún er venjulega gefin upp í römmum á sekúndu (FPS) og táknar hversu hratt hægt er að taka nokkrar myndir í röð og gera þær aðgengilegar til vinnslu eða geymslu.
Rammatíðni ákvarðar tímabundna upplausn myndgreiningarkerfis. Í breytilegum forritum — svo sem agnamælingum, hraðskoðunum eða ört breytilegum líffræðilegum ferlum — gerir hærri rammatíðni kleift að fylgjast nánar með hreyfingum og tímabundnum atburðum.
Rammatíðni er þó ekki einangruð skilgreining. Hámarksfps sem hægt er að ná fer eftir myndavélarstillingu, áhugasviði (ROI), lýsingartíma, bita dýpt og bandvídd viðmótsins. Tilgreind „hámarksrammatíðni“ gerir venjulega ráð fyrir ákveðnum skilyrðum, svo sem minnkaðri ROI eða ákveðinni útlestrarstillingu.
Til að skilja hvað raunverulega takmarkar rammatíðni þarf að skoða hversu langan tíma það tekur að afla og lesa út einn ramma — þekktur sem rammatími — sem fjallað er um í næsta kafla.
Rammatíðni vs. rammatími vs. línutími
Rammatíðni er almennt gefin upp í römmum á sekúndu (FPS), en FPS er ekki aðal eðlisfræðilegur breyta. Það er andhverfa þess tíma sem þarf til að afla og lesa út einn ramma.
Rammatíðni = 1 / Rammatími
Til að skilja hvað ákvarðar rammatíðni verðum við því að skoða hvernig rammatími er uppbyggður.
Hvað myndar rammatíma?
Rammatími táknar heildartímann sem þarf til að framleiða eina heildarmynd. Í flestum tilfellumCMOS myndavélar, þetta felur í sér:
● Útsetningartími (hversu lengi skynjarinn safnar ljósi)
● Lestími skynjara (hversu langan tíma það tekur að umbreyta og flytja pixlagildi)
● Gagnaflutningstími (tengiflutningur til gestgjafatölvunnar)
Þegar lýsingartíminn er stuttur miðað við lestíma er rammatíðnin yfirleitt takmörkuð af lesferlinu. Þegar lýsingartíminn er langur getur hann í staðinn orðið ríkjandi takmarkandi þáttur.
Línutími — Grunnskynjaraþvingunin
Fyrir CMOS skynjara er aðal innri þátturinn sem takmarkar rammatíðnina línutíminn. Línutími er sá tími sem það tekur röð af hliðrænum-í-stafrænum breytum (ADC) að mæla og stafræna eina röð af pixlum.
Í flestum arkitektúrum er hver röð unnin í röð. Þar af leiðandi er heildarlesturstími ramma ákvarðaður með fjölda virkra raða margfaldað með línutíma:
Lestrartími ramma = Línutími × Fjöldi raða
Mynd 1: Inngangur að tímaritum fyrir rúllandi lokara með „samsíða mynd“
Vinstri:Myndrit af skynjararöð (y-ás) á móti tíma (x-ás), með gulum samsíða myndritum sem marka lýsingu hverrar myndavélaraðar vegna virkni rúllandi lokarans.
Hægri:Aðdráttur að einstökum röðum, sem sýnir hlutverkalestur og endurstillingarspilun við að ákvarða tíma rúllandi lokaralínu.
Þetta skýrir hvers vegna minnkun á áhugasviðinu (ROI) – sérstaklega fjölda pixlaraða – getur aukið rammatíðnina verulega. Að helminga fjölda raða um það bil helmingar lestíma og getur næstum tvöfaldað mögulega FPS, að því gefnu að aðrir þættir haldist óbreyttir.
Línutíminn sjálfur getur verið breytilegur milli lestrarstillinga, en innan tiltekins stillingar er hann venjulega fastur.
Fræðileg vs. raunveruleg rammatíðni
„Hámarks rammatíðni“ sem gefin er upp í forskriftum er venjulega reiknuð út frá lestrartíma rammans eingöngu. Í reynd getur raunveruleg rammatíðni verið lægri vegna:
● Lengri útsetningartími
● Takmarkanir á bandvídd viðmóts
● Tafir á hugbúnaði eða vinnslu
Þess vegna er mikilvægt að greina á milli fræðilegs hámarks FPS og mögulegs rammahraða við raunverulegar rekstraraðstæður.
Þættir á skynjarastigi sem hafa áhrif á rammatíðni
Þó að línutími og rammalesturstími skilgreini grundvallartímamörk skynjara, geta nokkrar stillanlegar breytur á myndavélarstigi haft veruleg áhrif á mögulegan rammahraða.
Áhugasvæði (ROI)
Fjöldi virkra pixlaraða ræður beint lestíma ramma. Að minnka hæð svæðisins sem um ræðir minnkar fjölda raða sem þarf að lesa og styttir þannig lestartímann.
Þar sem lesturstími ramma breytist nokkurn veginn með fjölda raða, getur helmingun á ROI-hæðinni næstum tvöfaldað hámarksrammatíðni sem hægt er að ná — að því gefnu að lýsingartími og bandvídd viðmótsins séu ekki takmarkandi þættir. Fyrir forrit sem einbeita sér að litlu svæði hreyfingar eða greiningar er ROI oft áhrifaríkasta leiðin til að auka hraðann.
Körfu- og undirúrtak
Pixlasameining sameinar aðliggjandi pixla áður en þeir eru lesnir út eða stafrænir, sem dregur á áhrifaríkan hátt úr upplausn úttaks og heildargagnamagni. Eftir því hvaða skynjarabyggingargerð er notuð getur sameining dregið úr gagnaflutningskröfum og stundum bætt virka rammatíðni.
Hins vegar dregur flokkun (binning) ekki alltaf úr innri línutíma. Í mörgum CMOS hönnunum eru raðir lesnar í röð, jafnvel þegar pixlar eru sameinaðir. Þar af leiðandi getur flokkun bætt skilvirkni gagnaflutnings án þess að breyta verulega innri lesturstíma.
Bitadýpt og lestrarstillingar
Margirvísindamyndavélarbjóða upp á marga lestrarstillingar, þar sem oft er skipt á breytilegu sviði fyrir hraða. Til dæmis gæti 16-bita háttur með miklu breytilegu sviði forgangsraðað lágu lestrarhávaða og mikilli afkastagetu í fullum brunni, en 12-bita „hraðastilling“ gæti náð hærri rammatíðni með því að draga úr nákvæmni gagna eða breyta mögnunarstillingum.
Þar sem hærri bita dýpt eykur gagnamagn á hvern ramma, getur það að skipta yfir í lægri bita dýpt dregið úr gagnaflutningsálagi og í sumum tilfellum leyft hærri rammatíðni - sérstaklega þegar bandbreidd viðmóts er takmarkandi þáttur.
Samspil lýsingartíma og rammatíðni
Rammatíðni er ekki eingöngu ákvörðuð af lestrartíma skynjarans. Lýsingartími getur einnig takmarkað hversu hratt hægt er að taka fleiri ramma í röð.
Almennt séð er hámarksrammatíðni sem hægt er að ná hámarki hámarksrammatíðni háð því hvort tími er lengri: lýsingartími eða rammalesturstími. Ef lýsingartími er styttri en lesturstíminn, þá takmarkar lestur rammatíðnina. Hins vegar, ef lýsingartími er lengri en lesturstími, verður lýsingin ríkjandi takmörkun.
Í mörgum CMOS-myndum með rúllandi lokara geta lýsing og lestur skarast að hluta. Þegar ein röð er lesin út geta aðrar raðir þegar verið að samþætta ljós fyrir næsta ramma. Þessi skörun gerir það að verkum að lýsingartíminn er styttri en lestíminn fyrir allan rammann án þess að það dragi endilega úr rammatíðni.
Hins vegar, þegar lýsingartíminn verður lengri en heildarlestrartími skynjarans — eins og í myndgreiningu í lítilli birtu sem krefst lengri samþættingar — minnkar rammatíðnin hlutfallslega. Í slíkum tilfellum:
Hámarks rammatíðni ≈ 1 / Lýsingartími
Það er mikilvægt að skilja hvort kerfið þitt sé aflestrar- eða útsetningartakmörkuð þegar hámarka álestrarhraða er þörf. Að auka ávinning, bæta lýsingu eða stytta nauðsynlegan samþættingartíma getur verið áhrifaríkara til að hækka rammatíðni heldur en að aðlaga arðsemi fjárfestingar eða aflestrarstillingu eingöngu.
Takmarkanir á bandbreidd viðmóts og gagnaflutningsgetu
Jafnvel þótt skynjari geti lesið út ramma á miklum hraða getur viðmótið milli myndavélarinnar og tölvunnar orðið takmarkandi þáttur.
Hverjum ramma sem er aflað verður að flytja í gegnum gagnatengingu — eins og USB, Camera Link eða PCIe — til tölvunnar til vinnslu eða geymslu. Nauðsynleg bandvídd fer eftir:
● Rammastærð (fjöldi pixla)
● Bitadýpt (gögn á pixla)
● Rammatíðni
Hægt er að áætla gagnahraða sem:
Gagnahraði ≈ (Pixlar á ramma × Bitadýpt × Rammahraði)
Til dæmis myndar 2048 × 2048 skynjari sem starfar á 16-bita dýpi og 100 FPS yfir 800 MB/s af hrágögnum. Ef viðmótið þolir ekki þessa afköst, mun virkur rammahraði minnka eða rammar geta verið geymdir tímabundið inni í myndavélinni.
Í mörgum kerfum minnkar ekki aðeins lestrartími heldur dregur það einnig úr nauðsynlegri bandvídd þegar minnkuð er ávöxtun fjárfestingar (ROI) eða skipt er yfir í lægri bita dýpt, sem gerir viðmótinu kleift að viðhalda hærri FPS.
Því er mikilvægt að greina á milli:
●Rammatíðni takmörkuð af skynjara, ákvarðað af línutíma og útlestri
●Rammatíðni með takmörkun á viðmóti, ákvarðað af bandvídd og kerfisstillingu
Geymsluhraði, skilvirkni rekla og hugbúnaðarkostnaður geta einnig haft áhrif á raunverulegan afköst, sérstaklega við viðvarandi háhraða gagnaöflun.
Að skilja hvar flöskuhálsinn liggur — tímasetning skynjara eða gagnaflutningur — er nauðsynlegt þegar greint er takmörkun á rammatíðni.
Af hverju raunverulegur rammatíðni þín er lægri en forskriftin
Hámarks rammatíðni sem tilgreind er í forskriftarblaði myndavélar er yfirleitt reiknuð út við kjöraðstæður — oft með því að nota styttra áhugasvið (ROI), stuttan lýsingartíma, sérstakan lestrarham og bestu mögulegu tengistillingu. Í reynd getur rammatíðnin sem hægt er að ná verið lægri vegna nokkurra sameiginlegra þátta.
1. Fullur skynjari vs. minnkuð arðsemi fjárfestingar
Mörg hámarksgildi fyrir myndir (FPS) eru gefin upp með því að nota hluta af ROI. Ef myndavélin er notuð með fullri skynjaraupplausn, þá eykur aukinn fjöldi raða lesttíma ramma beint, sem dregur úr mögulegum rammahraða.
2. Útsetningartími fer fram úr lestrartíma
Ef lýsingartíminn er lengri en rammalesunartími skynjarans verður það takmarkandi þáttur. Í myndgreiningu við lítil birtu lækkar lengri samþættingartími náttúrulega hámarksfps, óháð lestrargetu skynjarans.
3. Hærri bitadýpt eða HDR stillingar
Að nota í 16-bita eða háu virku sviði (HDR) eykur gagnamagn og getur breytt útlesturstíma. Þetta getur dregið úr mögulegum rammahraða samanborið við stillingar með lægri bita dýpt („speed“).
4. Takmarkanir á bandbreidd viðmóts
USB, Camera Link eða PCIe tengi hafa takmarkaða bandvídd. Ef nauðsynlegur gagnahraði fer yfir viðvarandi afköst tengisins, gæti virkur FPS minnkað eða verið geymdur í biðminni innanhúss.
5. Hugbúnaður og vinnslukostnaður
Stilling kveikju, biðminnisstefna, geymsluhraði og vinnsluálag geta allt haft áhrif á viðvarandi rammahraða við raunverulega öflun.
Til að greina frávik í rammatíðni er mikilvægt að bera kennsl á hvort takmörkunin stafi af tímasetningu skynjara, lýsingartíma eða gagnaflutningi. Aðeins eftir að flöskuhálsinn hefur verið greindur er hægt að hámarka afköst á áhrifaríkan hátt.
Hvernig á að hámarka rammatíðni fyrir forritið þitt
Að hámarka rammatíðni byrjar á því að bera kennsl á raunverulegan takmarkandi þátt í myndgreiningarkerfinu þínu. Þegar flöskuhálsinn er skilinn geta markvissar aðlaganir bætt myndvinnsluhraða verulega.
1. Minnkaðu áhugasviðið (ROI)
Ef ekki er þörf á fullri upplausn skynjarans er oft áhrifaríkasta leiðin til að auka rammatíðni að fækka virkum röðum. Þar sem lestur ramma fer eftir röðafjölda getur það aukið rammatíðni verulega að takmarka gagnaöflun við áhugasviðið.
2. Stilla útsetningartíma
Þegar lýsingartíminn er lengri en lestími verður hann takmarkandi þáttur. Að auka lýsingarstyrk, aðlaga magnið á viðeigandi hátt eða slaka á merkiskröfum getur stytt lýsingartíma og gert kleift að ná hærri rammatíðni.
3. Veldu viðeigandi upplestrarstillingu
Ef mögulegt er, notið hraðabættan stillingu þegar stórt kraftmikið svið er ekki mikilvægt. Lægri bitadýpt eða aðrir mögnunarstillingar geta dregið úr lestri og gagnaflutningsálagi.
4. Athugaðu viðmót og gagnaflutning
Gakktu úr skugga um að bandvídd tengisins styðji nauðsynlegan gagnahraða. Að minnka bita dýpt, takmarka upplausn eða uppfæra gagnatenginguna getur bætt viðvarandi afköst.
5. Finndu ríkjandi skorðun
Bestun rammatíðni er áhrifaríkust þegar breytingar taka á raunverulegum takmarkandi þætti - skynjaraútlestri, lýsingartíma eða bandvídd viðmóts - frekar en að aðlaga ótengdar breytur.
Niðurstaða
Rammatíðni myndavélar er ekki föst forskrift, heldur niðurstaða samspils skynjaratíma, lýsingartíma og gagnaflutnings við tilteknar rekstraraðstæður. Að skilja sambandið milli línutíma, rammalestrartíma, lýsingartíma og bandvíddar viðmóts er nauðsynlegt þegar metið er eða fínstillt öflunarhraða. Í reynd er hægt að ákvarða rammatíðnina sem hægt er að ná út frá hægasta þætti myndgreiningarkeðjunnar.
At Tucsen, rammatíðni er hönnuð og staðfest innan raunverulegra kerfismarka - þar á meðal lestrararkitektúr, stillingarval og tengiviðmótsstillingar. Ef forritið þitt krefst viðvarandi háhraða gagnaöflunar getur teymið okkar aðstoðað við að meta raunveruleg afkastamörk innan þíns tiltekna vinnuflæðis.
Tucsen Photonics Co., Ltd. Allur réttur áskilinn. Vinsamlegast getið heimildar þegar vitnað er í:www.tucsen.com
