USB相机应用所碰到故障现象和排除

故障1  相机显示画面撕裂、断层等现象

这种现象主要是由于计算机USB总线带宽不足引起的。USB2.0的理论带宽为480Mbps，即480/8 = 60MB/S；但由于USB为共享式总线，当多个USB设备连接在同一台计算机时会抢占用有限的总线带宽。另外，在USB数据通信的过程中，总线上传输的并不只是真正需要的数据信息，还要包括诸如同步信号、类型标识、校验码、握手信号等各种协议信息。因此实际数据传输的速率根本没有可能达到总线传输的极限速度480 Mbps。一般实测极限速度不会超过45MB/S。

另外，由于工业相机不同于采用压缩图像传输方式的普通Web Camera，它采用非压缩方式的裸数据传输，因此需占用较大的数据带宽。

相机占用带宽（MB/S）= 行像素×列像素×帧率×像素比特×相机个数/8/1024/1024

其中，不同数据格式对应的像素位数参见下表

表1 数据格式与位数关系

例如：使用单台30万像素黑白工业相机DMK21BU04，其最大占用带宽为：

     640×480×60×8×1/8/1024/1024 = 17.58MB/S

当相机所需占用带宽大于总线带宽时，就会引起不稳定现象。为解决该问题，需要合理配置计算机和相关设备。下面将详细说明：

l  1.1安装Processor Idle State Manager

现在很多的CPU都具有多种省电模式，当CPU负载较低的时候，CPU将自动进入省电模式，受此影响，eSATA、火线、USB总线将同样减慢传输速度。但是我们的相机始终按理想状态以全速率的模式传输数据包，由于瓶颈效应导致数据丢失而未能存储到内存中，导致出现“设备处于直播模式，但无数据传输”的提示，或画面出现撕裂、断层等现象。

对于Intel的处理器我们可以使用“Processor Idle State Manager”软件来关闭C3省电模式。

Processor Idle State Manager是ImagingSource推出的一款小工具软件，安装后常驻系统后台。当检测系统插入了ImagingSource系列相机，其自动激活，强制关闭C3模式---- CPU退出低功耗状态，将工作于较高的负荷，其发热量可能会有增加，但提高了整系统的带宽瓶颈；当拔出相机时，该软件关闭，系统恢复正常模式运行。

l  1.2 CPU和软件环境

前面提到，为安装Processor Idle State Manager，计算机最好使用Intel的CPU；另外，作为工业应用的PC软件系统也不宜安装杀毒软件等。

l  1.3 计算机设置

① 在电源属性中禁用各种休眠模式

② 在BIOS设置中，需根据主板选择禁用一些省电设置。

一般在BIOS电源管理设定 (Power Management Setup)中选择。

Ø  Power Management （电源管理方式） 

此项用来选择节电的类型。缺省值为∶User Define（用户自定义），设定值有∶ User Define (用户自定义)；Min Saving (停用1小时进入省电功能模式)；Max Saving (停用10秒进入省电功能模式)。

Ø  Suspend Mode（挂起方式）缺省值为∶Disabled (禁用)。 

设定PC多久没有使用时，便进入Suspend省电状态，将CPU工作频率降低，并通知有关省由设备以便一并进入省电状态。

Ø  HDD Power Down （硬盘电源关闭模式）缺省值为Disabled (禁用)； 

设置硬盘电源关闭模式计时器，当系统停止读或写硬盘时，计时器开始计算，过时后系统将切断硬盘电源。一旦又有读写硬盘命令执行时，系统将重新开始运行。

l 1.4  USB线材

所使用USB线品质不够好会导致没有图像数据或实时图像而导致丢帧，这种情况下首先建议更换高质量的带屏蔽层、扼流磁环的USB线，且长度不应超过3m；此外，在工业环境安装相机时，需注意将USB数据电缆和动力用电线缆（电源、电机）分开捆绑。

故障2  相机显示画面黑屏并出现如下提示

该模式表明相机虽然已经启用，但无数据传输，因此无法显示画面。一般发生在启用了第一台相机后，再添加准备使用第N台时出现的界面。此时，前面所启用的相机已经几乎占用了整个数据带宽，因此没有足够的带宽资源开启剩下的相机。

解决办法：

1、重新安装最近版本的USB相机驱动；

2、尝试使用故障1所描述的各种方法；

3、建议客户降低帧率使用；

4、如以上方法仍无法解决问题，但仍坚持使用USB相机，可使用PCI转USB卡。其中一台相机接主板USB口，另一台接PCI卡上，有利于缓解南桥USB接口带宽压力；

5、实在无法满足需求，建议客户更换为1394或GigE系列相机。

故障3 相机频繁掉线

l 3.1 尝试使用故障1，故障2所描述的各种方法；

l 3.2 注意USB端口及电气连接

首先必须明确一点，为保证稳定，使用工业USB相机，其端口应该插入主机背后的主板上端口，而不要接入前面板上的插口。

     使用USB的外部触发扩展应用时，需注意电路连接，防止不期望的干扰引入系统，下面将做详细分析：

     通常作为相机外部触发源的工业设备（数字IO卡、运动控制卡、光电开关等）输出接口采用一种叫做开漏输出（Open Drain）的电气结构，它无法直接输出一个高低电平，而只是提供一个上拉或下拉信号。该端口按照工作类型可分为NPN和PNP输出两种。

       SHAPE \* MERGEFORMAT

虽然图中两种方案都可用，但实际的工业环境应用却有差异，因此我们比较一下图3.1中两种电路的差异：

上图采用NPN的方案，由于只能将屏蔽层作为信号，反而作为被屏蔽的芯线为电源，暴露在外层的信号很容易被周围电磁干扰，导致误触发现象；

下图采用PNP的方案，接地的外屏蔽层可有效保护内芯的脉冲信号不受干扰，可靠性较高。

因此推荐使用PNP输出型的方案。

l 3.3 软件重启相机

有时相机会出现莫名的“死机”现象，但在设备管理器中可见该设备，重启应用软件即可恢复正常，这时可以使用软件重启的方式处理该问题。

VB编程环境下，相机每有效传输一幅画面，都会进入

ICImagingControl1.ImageAvailable 事件，在该函数中配合Timer的计数器即可检测出图像传输是否超时。超时，即可认为相机失去响应，此时使用软件即可软件重启相机。

ICImagingControl1.LiveStop()          ‘停止相机                                            

ICImagingControl1.LiveStart()         ‘重新启用相机                                        

故障4 多相机应用时遇到的问题

我们原则上不建议客户使用多台USB连接在PC上工作----可能会不稳定。建议使用1394接口的相机，配PCI或PCIE的接口卡，这样可以有效将数据压力分散至PCI和PCIE总线上，且总线带宽更大更稳定。

当由于成本或其他压力，不得不构建多USB相机图像处理系统时，为保证系统稳定工作，用户必须考虑图像采集时的各种注意事项。

使用2台分辨率为500万像素的DFK72 (A/B)UC02构建采集系统，由于相机为USB接口，一定要考虑带宽问题：

1、         防止计算机CPU进入C3低功耗模式降低端口带宽，保证传输稳定，要求客户一定使用Intel的CPU，并且安装Processor Idle State Manager；

2、         USB为带宽共享型接口，因此尽量不要在USB上接入其他设备，尤其是U盘、移动光驱、移动硬盘等大数据交换类；

3、         降低相机带宽需求。2台相机无法在满帧率状态下同时启动-----至少会有一台相机会出现无响应的现象，这是由于USB总线带宽不足引起的。最简单的办法是设置相机的帧率，通过测试，双相机在500万分辨率、<3FPS的帧率下可以做连续采集运行。当然，帧率设置越低，输出速度就越慢，但越稳定；

4、         合理利用系统带宽。可将相机设置为触发模式后开启，然后通过硬触发或软件触发方式分别间隔采集，这种方法可以进一步提高帧率。

5、      使用高质量的PCI转USB接口卡，其中一台相机接主板USB口，另一台接PCI卡上，有利于缓解南桥USB接口带宽压力。