মেশিন ভিশনে ফ্রেম গ্রাবারের কাজ এবং প্রয়োগ

মেশিন ভিশন প্রযুক্তি শিল্প উত্পাদন পরিদর্শন, স্বাস্থ্যসেবা, পরিবহন এবং অন্যান্য ক্ষেত্রে ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয় যার মাধ্যমে স্বয়ংক্রিয়তা এবং বুদ্ধিমত্তা অর্জন করা সম্ভব হয়। সম্পূর্ণ মেশিন ভিশন সিস্টেমকে দুটি প্রধান মডিউলে ভাগ করা যেতে পারে: চিত্র অর্জন এবং চিত্র প্রক্রিয়াকরণ। চিত্র ডেটা অর্জন অংশ এবং প্রক্রিয়াকরণ অংশের মধ্যে ইন্টারফেস হিসাবে ফ্রেম গ্রাবার কাজ করে এবং একটি গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে।

মেশিন ভিশন সিস্টেমে, চিত্র অর্জনের অংশটি মূলত একটি শিল্প ক্যামেরা, শিল্প লেন্স এবং আলোকসজ্জা ব্যবস্থা নিয়ে গঠিত, যেখানে চিত্র প্রক্রিয়াকরণের অংশটি চিত্র প্রক্রিয়াকরণ সফটওয়্যারের মাধ্যমে বাস্তবায়িত হয়। ফ্রেম গ্রাবারকে শিল্প ক্যামেরা (ভিডিও উৎস) এবং কম্পিউটার (সফটওয়্যার) -এর মধ্যে ইন্টারফেস হিসাবে বোঝা যেতে পারে। ফ্রেম গ্রাবার দ্বারা অর্জিত চিত্রগুলি কম্পিউটার বা অন্যান্য প্রসেসরগুলিতে প্রক্রিয়াজাত করার জন্য সরবরাহ করা হয়।

I. ফ্রেম গ্রাবারের নীতি

প্রথমত, ক্যামেরা এবং অপটিক্যাল সিস্টেম দ্বারা "দেখা" বাস্তব জগতের নির্দিষ্ট অংশ অপটিক্যাল সংকেত হিসাবে কাজ করে। তারপরে, সিসিডি (CCD) বা সিএমওএস (CMOS) চিপ অপটিক্যাল সংকেতকে ইলেকট্রিক্যাল সংকেতে রূপান্তরিত করে। ক্যামেরা ফ্রেম গ্রাবারের কাছে একটি নির্দিষ্ট ফর্ম্যাট বা প্রোটোকলে ভিডিও সংকেত আউটপুট করে। প্রতিটি পিক্সেল স্বতন্ত্রভাবে একটি গ্রে লেভেল (Gray Level) আকারে আলোর তীব্রতা প্রকাশ করে। এই আলোর তীব্রতা মানগুলি সিসিডি (CCD) বা সিএমওএস (CMOS) চিপের ম্যাট্রিক্স থেকে স্থানান্তরিত হয় এবং মেমরিতে একটি ম্যাট্রিক্স ডেটা স্ট্রাকচারে সংরক্ষণ করা হয়; এই স্থানান্তরের জন্য মাঝখানে ফ্রেম গ্রাবার মধ্যস্থতা করে।

II. ফ্রেম গ্রাবারের সাধারণ প্যারামিটারস (Common Parameters)

1.  এ/ডি কনভার্শন (A/D Conversion): ফ্রেম গ্রাবারগুলি অ্যানালগ সংকেতকে ডিজিটাল সংকেতে রূপান্তর করতে পারে, যা সম্পূর্ণ মেশিন ভিশন সিস্টেমের চিত্র অর্জনের কাজে অত্যন্ত গুরুত্বপূর্ণ ভূমিকা পালন করে। মেশিন ভিশন সিস্টেমে ফ্রেম গ্রাবার দ্বারা সম্পাদিত এই অ্যানালগ-টু-ডিজিটাল রূপান্তরকে এ/ডি কনভার্শন (A/D conversion) বলা হয় এবং রূপান্তর সম্পাদনকারী উপাদানটিকে এ/ডি কনভার্টার (A/D converter) বলা হয়।

2.  স্যাম্পলিং রেট (Sampling Rate): স্যাম্পলিং হার ছবি প্রক্রিয়াকরণে ফ্রেম গ্রাবারের গতি এবং ক্ষমতা প্রতিফলিত করে। ছবি অর্জনের সময়, গ্রাবারের স্যাম্পলিং হার প্রয়োজনীয়তা পূরণ করছে কিনা সে বিষয়ে মনোযোগ দেওয়া আবশ্যিক।

3.  অন-বোর্ড ফ্রেম বাফার (রেজোলিউশন): এটি গ্রাবার সমর্থন করতে পারে এমন সর্বোচ্চ পিক্সেল অ্যারে নির্ধারণ করে, যা এর রেজোলিউশন ক্ষমতা প্রতিফলিত করে, অর্থাৎ এটি সমর্থন করতে পারে এমন সর্বোচ্চ ক্যামেরা রেজোলিউশন।

4.  সংক্রমণ চ্যানেলের সংখ্যা: গ্রাবারের একাধিক ক্যামেরা থেকে ছবি একসাথে অর্জনের ক্ষমতা। বাস্তব অ্যাপ্লিকেশনগুলিতে, কখনও কখনও নিশ্চিত করা উৎপাদন দক্ষতা নিশ্চিত করতে একাধিক দৃষ্টি সিস্টেম একসাথে কাজ করা প্রয়োজন। সুতরাং, সিস্টেম অপারেশনের প্রয়োজনীয়তা পূরণের জন্য, ফ্রেম গ্রাবারকে একাধিক ক্যামেরার একসাথে A/D রূপান্তর করতে হবে। বর্তমান বাজারে উপলব্ধ গ্রাবারদের সংক্রমণ চ্যানেলের সাধারণ বিকল্পগুলির মধ্যে রয়েছে একক-চ্যানেল, দ্বি-চ্যানেল, চতুর্মুখী-চ্যানেল ইত্যাদি।

III. ফ্রেম গ্রাবারের শ্রেণীবিভাগ

1.  ইনপুট সংকেতের ধরন অনুসারে: অ্যানালগ ফ্রেম গ্রাবার এবং ডিজিটাল ফ্রেম গ্রাবার। সাধারণত উল্লিখিত গিগাবাইট কার্ড এবং ইউএসবি ফ্রেম গ্রাবারগুলি ডিজিটাল ফ্রেম গ্রাবারের ধরন।

2.  কার্যকারিতা অনুসারে: শুধুমাত্র অর্জন কার্যকারিতা সহ গ্রাবার এবং একীভূত চিত্র প্রক্রিয়াকরণ কার্যকারিতা সহ গ্রাবার। চিত্র প্রক্রিয়াকরণ অ্যালগরিদমের নিরবিচ্ছিন্ন উন্নয়ন, চিত্র কার্যস্থল, GPU প্রযুক্তি এবং স্মার্ট ক্যামেরা ইত্যাদির সাথে, একীভূত চিত্র প্রক্রিয়াকরণ কার্যকারিতা সহ গ্রাবারের অস্তিত্বকাল হ্রাস পাচ্ছে এবং তাদের চিত্র প্রক্রিয়াকরণ কার্যকারিতা ক্রমবর্ধমান একক হয়ে উঠছে।

IV. ফ্রেম গ্রাবারের নির্বাচন

ফ্রেম গ্রাবার নির্বাচনের সময় বিবেচনার বিষয়সমূহ:

1. সংকেত ইন্টারফেস প্রকার: ক্যামেরা এবং ফ্রেম গ্রাবারের ভিডিও সিগন্যাল ইন্টারফেস (প্রকার) মেলে যাবে: অ্যানালগ সিগন্যালগুলি অ্যানালগ ফ্রেম গ্রাবারের সাথে সংযুক্ত হয়; ডিজিটাল সিগন্যালগুলি ডিজিটাল ফ্রেম গ্রাবারের সাথে সংযুক্ত হয়। অ্যানালগ সিগন্যাল ইন্টারফেস এবং ডিজিটাল সিগন্যাল ইন্টারফেস রয়েছে। অ্যানালগ সিগন্যাল ইন্টারফেসগুলির মধ্যে রয়েছে BNC, RCA (ফোনো কানেক্টর), S-ভিডিও। ডিজিটাল সিগন্যাল ইন্টারফেসগুলির মধ্যে রয়েছে ক্যামেরালিংক, গিগাবিট ইথারনেট (গিগি ই), কোয়াক্সপ্রেস (সিএক্সপি), CLHS, USB 3.0 & 2.0, ইত্যাদি।

2. স্যাম্পলিং ফ্রেম রেট: গ্রাবারের ডেটা স্যাম্পলিং ফ্রিকোয়েন্সি ≥ ক্যামেরার ডেটা আউটপুট ফ্রিকোয়েন্সি। গ্রাবারের ডেটা স্যাম্পলিং ফ্রিকোয়েন্সি যে প্রয়োজনীয়তা পূরণ করতে হবে তা নিম্নরূপে গণনা করা যেতে পারে:

অ্যানালগ গ্রাবারের জন্য: পয়েন্ট ফ্রিকোয়েন্সি ≥ 1.2 * R * FPS

ডিজিটাল গ্রাবারের জন্য: পয়েন্ট ফ্রিকোয়েন্সি ≥ ক্যামেরা পয়েন্ট ফ্রিকোয়েন্সি

নোট: R হল ক্যামেরার রেজোলিউশন, FPS হল ক্যামেরার ফ্রেম রেট।

3. সফটওয়্যার ডেভেলপমেন্ট কিট (SDK): নির্বাচিত ফ্রেম গ্রাবারের একটি স্থিতিশীল, সরল, ব্যবহার করা সহজ, শক্তিশালী এবং পোর্টেবল এসডিকে থাকা উচিত। তদুপরি, আপগ্রেড করা সহজ করতে পণ্য লাইনটি ভালোভাবে প্রতিষ্ঠিত হওয়া উচিত।