Funkce a použití frame grabberů ve strojovém vidění

Technologie strojového vidění se široce používá ve výrobní inspekcí, zdravotnictví, dopravě a dalších oblastech, které pomáhají dosáhnout automatizace a inteligence. Celý systém strojového vidění lze rozdělit na dva hlavní moduly: získávání obrazu a zpracování obrazu. Frame grabber slouží jako rozhraní mezi částí získávání dat obrazu a částí zpracování, čímž hraje klíčovou roli.

Ve systému průmyslového vidění se část pro získávání obrazu skládá především z průmyslové kamery, průmyslového objektivu a osvětlovacího systému, zatímco část pro zpracování obrazu je realizována pomocí softwaru pro zpracování obrazu. Zachycovač obrazu (frame grabber) lze chápat jako rozhraní mezi průmyslovou kamerou (zdrojem videa) a počítačem (softwarem). Obrázky získané zachycovačem obrazu jsou předávány počítači nebo jiným procesorům pro zpracování.

I. Princip zachycovače obrazu (frame grabberu)

Nejprve slouží konkrétní část reálného světa „zachycená“ kamerou a optickým systémem jako optický signál. Poté čip CCD nebo CMOS převádí optický signál na elektrický signál. Kamera výstupuje video signál ve specifickém formátu nebo protokolu do rámce (frame grabberu). Každý pixel nezávisle vyjadřuje intenzitu světla ve formě odstínu šedi (Gray Level). Tyto hodnoty intenzity světla jsou přenášeny z matice čipu CCD nebo CMOS a ukládány v datové struktuře matice v paměti; frame grabber je prostředníkem tohoto přenosu.

II. Běžné parametry frame grabberů

1.  A/D převod: Frame grabbery mohou převádět analogové signály na digitální signály a hrají důležitou roli při získávání obrazu v celém systému průmyslového vidění. Tento analogově-digitální převod prováděný frame grabberem v systému průmyslového vidění se nazývá A/D převod a odpovídající komponenta, která provádí tento převod, se nazývá A/D převodník.

2.  Vzorkovací frekvence: Vzorkovací frekvence odráží rychlost a výkon snímací karty při zpracování obrazu. Při získávání obrazu je třeba věnovat pozornost tomu, zda vzorkovací frekvence snímací karty splňuje požadované parametry.

3.  On-board Frame Buffer (Rozlišení): Určuje maximální počet obrazových bodů, které karta podporuje, a odráží její výkon v rozlišení, tedy maximální rozlišení kamery, které karta může podporovat.

4.  Počet přenosových kanálů: Schopnost snímací karty současně získávat obraz z více kamer. V praxi je někdy třeba, aby více vizuálních systémů pracovalo současně, aby byla zajištěna určitá úroveň výrobní efektivity. Proto, aby byly splněny požadavky provozu systému, musí snímací karta provádět A/D převod z více kamer současně. Běžné možnosti přenosových kanálů snímacích karet dostupných na trhu zahrnují jednokanálové, dvoukanálové, čtyřkanálové atd.

III. Klasifikace snímacích karet

1.  Podle typu vstupního signálu: Analogové a digitální frame grabbery. Často zmiňované GigE karty a USB frame grabbery jsou typy digitálních frame grabberů.

2.  Podle funkce: Grabbery s čistě funkčním záznamem a grabbery s integrovanými funkcemi pro zpracování obrazu. S neustálým vývojem algoritmů pro zpracování obrazu, obrazových pracovních stanic, technologie GPU a inteligentních kamer se prostor pro grabbery s integrovanými funkcemi zpracování obrazu zužuje a jejich funkce zpracování obrazu se stávají stále jednostrannějšími.

Iv. Výběr frame grabberů

Faktory, které je třeba zvážit při výběru frame grabberu:

1. Typ signálového rozhraní: Rozhraní video signálu (typ) kamery a snímacího zařízení musí odpovídající: analogové signály se připojují k analogovým snímacím zařízením; digitální signály se připojují k digitálním snímacím zařízením. Existují analogová a digitální signálová rozhraní. Analogová signálová rozhraní zahrnují BNC, RCA (fonický konektor), S-video. Digitální signálová rozhraní zahrnují CameraLink, Gigabit Ethernet (GigE), CoaXPress (CXP), CLHS, USB 3.0 & 2.0, atd.

2. Vzorkovací frekvence snímání (Frame Rate): Vzorkovací frekvence snímacího zařízení ≥ výstupní frekvence kamery. Požadavek na vzorkovací frekvenci snímacího zařízení lze vypočítat následujícím způsobem:

Pro Analogová snímací zařízení: Vzorkovací frekvence ≥ 1,2 * R * FPS

Pro Digitální snímací zařízení: Vzorkovací frekvence ≥ Vzorkovací frekvence kamery

Poznámka: R je rozlišení kamery, FPS je snímková frekvence kamery.

3. Sada pro vývoj softwaru (SDK): Vybraný frame grabber by měl mít stabilní, jednoduché, intuitivní, výkonné a přenosné SDK. Kromě toho by řada produktů měla být dobře etablovaná, aby bylo možné usnadnit její aktualizace.