【虹科】如何借助PTP來做高精度相機同步？

?在某些應用場合中，如果需要處理來自多臺相機的圖像時，則圖像記錄的精確時間或準確的先后順序?qū)罄m(xù)處理至關(guān)重要。若相機能夠提供時間戳，則可為不同的圖像數(shù)據(jù)建立時間基準。然而，相機的時間基準要能夠精確匹配，這一點至關(guān)重要。通過使用“精確時間協(xié)議”(PTP)，HK IDS GigE Vision相機（固件版本2.2或以上）能夠輕松實現(xiàn)同步。

借助精確時間協(xié)議(PTP)同步
HK IDSGigEVision相機

精確時間協(xié)議(PTP)是一種時間同步標準(IEEE1588)，它使通過網(wǎng)絡連接的設備實現(xiàn)時間同步。支持此標準的相機可在特定的周期內(nèi)與主時鐘交換同步信息。利用各自發(fā)送和接收時間中的時間戳信息，相機內(nèi)部的計數(shù)器可實現(xiàn)精確地校準和同步。所有固件版本為2.2及以上的HK IDSGigEVision相機都可與PTP兼容！IEEE1588時間戳是以1970年1月1日0時0分為計時起點，支持1納秒(1 GHz)的時間分辨率。然而，由于延遲和信號運行時的不準確性，聯(lián)網(wǎng)設備的時間同步精度達微秒級。

PTP應用案例

PTP作為一種基礎協(xié)議，通過為圖像數(shù)據(jù)提供時間基準，為各種應用奠定基礎。視應用要求及網(wǎng)絡基礎設施的復雜性的不同，PTP可以通過不同的方式來實現(xiàn)。

1. 相對時間戳同步

在本案例中，所有相機都在同一個網(wǎng)絡。其中一臺相機為主服務器，其余相機為從服務器。所有從相機的時間戳與主相機同步。相機既不提供絕對時間戳（實時），同時在無其他操作的情況下，也無法實現(xiàn)同步觸發(fā)。?

優(yōu)勢：

• 在該應用場合中，相對時間戳確定所有相機圖像記錄的時間分配。此外，相對時間戳還能確定哪一張圖像為第一張，以及不同相機的圖像時差大小。

• 無需額外的操作和成本，即可為特定的網(wǎng)絡基礎架構(gòu)生成相對時間戳。

2. 利用絕對時間同步時間戳

本案例中，聯(lián)網(wǎng)相機與外部主時鐘同步。該PTP主時鐘可以是支持“硬件時間戳”的網(wǎng)卡——若無硬件支持，同步精度將顯著降低。除必要的硬件外，還需要支持PTP的軟件。

優(yōu)勢：

• 具備全局（實時）時間戳的圖像內(nèi)容可跨越當前的應用限制，與任何其他使用實時時間基準的信息相關(guān)聯(lián)。

• 對于其它使用全局時間基準的應用場合或評估，圖像內(nèi)容可以重用。

使用PTP：“相對同步”

硬件設置

兩臺不同的固件版本為2.2（支持PTP）的HK IDS GigE Vision相機（GV-526xFA-C和GV-504xCP-M）連至同一網(wǎng)絡交換機。一臺額外的主機PC，僅用于控制和配置相機，不涉及相機的PTP同步。

軟件設置

可通過“PtpControl”下的相機功能節(jié)點圖查找所有PTP配置功能。只有固件需為2.2或以上版本的相機才能使用這些功能。我們在主機PC上安裝配套軟件，來設置PTP同步。

將一臺相機配置為PTP主時鐘

GV-526xFA-C相機應設置為PTP主時鐘。在軟件中打開相機，并將“PtpEnable”設為“True”，啟用PTP。另外，將“PtpSlaveOnly”設為“False”為相機賦予“主時鐘”角色。

# Configure master cameraPtpEnable = TruePtpSlaveOnly=False

將另一臺相機配置為PTP從時鐘

GV-504xCP-M相機應設為PTP從時鐘。同理，將“PtpEnable”設為“True”以啟用PTP。此時，這臺相機僅作為從時鐘使用。將“PtpSlaveOnly”仍設為“True”。

# Configure slave cameraPtpEnable = TruePtpSlaveOnly = True

創(chuàng)建主從等級

在完成主從時鐘配置后，主-從等級將自動創(chuàng)建。對于主時鐘相機，可通過“PtpStatus”由“Listening”變成“Master”來確定。對于從時鐘相機，可通過“PtpStatus”先由“Listening”變?yōu)椤?em>Uncalibrated”，并在與主時鐘相機同步后變?yōu)椤?em>Slave”來確定。在通過相機的新PTP功能完成主從等級創(chuàng)建后，“相對同步”也隨之完成。

啟用時間戳

如果您希望對圖像數(shù)據(jù)使用已同步相機生成的時間戳，則必須將時間戳作為元數(shù)據(jù)，啟用元數(shù)據(jù)（及塊數(shù)據(jù)）傳輸。
首先，將“ChunkModeActive”設為“True”，以通過圖像緩沖區(qū)啟用塊數(shù)據(jù)傳輸。然后，通過“ChunkSelector”選擇“Timestamp”，并通過“ChunkEnable”開關(guān)啟用時間戳。

# activate chunk data creationChunkModeActive = True # enable "ChunkTimestamp"ChunkSelector = TimestampChunkEnable = True這時，相機所采集的每一張圖像將具備相應的時間戳，并借助圖像緩沖區(qū)（通過塊數(shù)據(jù)）傳輸至主機PC。這樣，塊數(shù)據(jù)及時間戳可通過任何視覺標準軟件進行讀取。

圖像采集

如果應用中需要對帶時間戳的圖像數(shù)據(jù)進行處理，則圖像的記錄時間和相機的觸發(fā)至關(guān)重要。這種情況取決于來自多臺相機的圖像是否需要完全相同的采集時間（同步圖像采集）以及時間關(guān)聯(lián)偏差（時間戳抖動）有多大。根據(jù)應用要求，須選擇適合相機的觸發(fā)模式。在做出這一選擇時，要考慮的決定性的因素不僅包括不同軟件和硬件信號模式的精度，也包括部署和使用所需操作和成本。為檢查先前配置的“相對同步”，我們使用每秒脈沖數(shù)(PPS)信號來觸發(fā)相機，以實現(xiàn)同步自由運行。

同步自由運行

顧名思義，在PTP功能啟用的情況下，每臺相機（主時鐘相機和從時鐘相機）的PPS信號會每秒生成一個。因此我們可借助PPS信號檢查相機的同步狀態(tài)。這一信號被設置為觸發(fā)源，因此每秒鐘將觸發(fā)一次圖像采集。除了由“相對同步”導致的幾微妙的偏差，相機生成的圖像時間戳應為一致。通過PPS信號實現(xiàn)所有相機同步自由運行的操作如下：

# image acquisition configuration for both camerasLineSelector = Line2LineMode = OutputLineSource = PPSTriggerSelector = ExposureStartTriggerMode = OnTriggerSource = Line2 # Limit bandwidth on both camerasDeviceLinkThroughputLimit = 60000000 # Start acquisition on both camerasExecute AcquisitionStart同步PPS觸發(fā)信號將觸發(fā)相機在同一時間點進行圖像采集

讀取時間戳

為在應用場合中處理時間戳和圖像內(nèi)容，您須讀取當前圖像緩沖區(qū)的塊數(shù)據(jù)。塊數(shù)據(jù)為制造商相關(guān)的有效負載緩沖區(qū)，其存儲布局通常未知，因此我們將通過節(jié)點圖來讀取各個元數(shù)據(jù)。為此，所有現(xiàn)有的元數(shù)據(jù)及其標準的節(jié)點名稱將從GenTL傳輸至節(jié)點圖，以便通過標準的API進行訪問。以下的源代碼片段為您演示如何從圖像緩沖區(qū)中提取時間戳。安裝包也為您提供了有關(guān)塊數(shù)據(jù)處理的完整源代碼示例。

// Get buffer from device's datastreamconst auto buffer = m_dataStream->WaitForFinishedBuffer(5000); // check buffer for chunksif (buffer->HasChunks()){ // update nodemap with current chunk data m_nodemapRemoteDevice->UpdateChunkNodes(buffer); // Get the value of the timestamp chunk const auto chunktimestamp = m_nodemapRemoteDevice->FindNode("ChunkTimestamp")->Value();}

總結(jié)

當涉及圖像內(nèi)容的時間分配時，PTP是多相機應用場合中一個重要的基礎功能，能夠輕松實現(xiàn)相機間的相對同步，無需額外的硬件和軟件支持。在許多應用場合中，相對相機同步也足以確保圖像在“相同”的時間或以正確的順序使用。相機還配備外部定時器，適用于全局同步。如果您對通過PTP同步時間存有疑問或需要了解更多信息，請聯(lián)系我們。

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