Función y Aplicación de los Capturadores de Imágenes en Visión Artificial

La tecnología de visión por computador se utiliza ampliamente en la inspección de producción industrial, la atención sanitaria, el transporte y otros campos para ayudar a lograr automatización e inteligencia. Todo el sistema de visión por computador se puede dividir en dos módulos principales: adquisición de imágenes y procesamiento de imágenes. La tarjeta de captura actúa como interfaz entre la parte de adquisición de datos de imagen y la parte de procesamiento, desempeñando un papel crucial.

En un sistema de visión por computador, la parte de adquisición de imágenes consiste principalmente en una cámara industrial, un objetivo industrial y un sistema de iluminación, mientras que la parte de procesamiento de imágenes se realiza mediante software de procesamiento de imágenes. La tarjeta de captura puede entenderse como la interfaz entre la cámara industrial (fuente de vídeo) y el ordenador (software). Las imágenes adquiridas por la tarjeta de captura se suministran al ordenador u otros procesadores para su procesamiento.

I. Principio de las tarjetas de captura

Primero, la porción específica del mundo real "vista" por la cámara y el sistema óptico sirve como una señal óptica. Luego, el chip CCD o CMOS convierte la señal óptica en una señal eléctrica. La cámara envía la señal de vídeo en un formato o protocolo específico al frame grabber. Cada píxel expresa de forma independiente la intensidad de la luz en forma de un Nivel de Gris. Estos valores de intensidad lumínica se transfieren desde la matriz del chip CCD o CMOS y se almacenan en una estructura de datos matricial en la memoria; el frame grabber es el intermediario de esta transferencia.

II. Parámetros Comunes de los Frame Grabbers

1.  Conversión A/D: Los frame grabbers pueden convertir señales analógicas en señales digitales, desempeñando un papel fundamental en el trabajo de adquisición de imágenes de todo el sistema de visión artificial. Esta conversión de analógico a digital realizada por el frame grabber en un sistema de visión artificial se denomina conversión A/D, y el componente correspondiente que implementa la conversión se llama convertidor A/D.

2.  Tasa de muestreo: La tasa de muestreo refleja la velocidad y capacidad del capturador de fotogramas en el procesamiento de imágenes. Durante la adquisición de imágenes, se debe prestar atención a si la tasa de muestreo del capturador cumple con los requisitos.

3.  Memoria Intermedia Integrada (Resolución): Esto determina la matriz de píxeles máxima que puede soportar el capturador, reflejando su rendimiento en resolución, es decir, la resolución máxima de la cámara que puede soportar.

4.  Número de Canales de Transmisión: La capacidad del capturador para adquirir imágenes simultáneamente desde múltiples cámaras. En aplicaciones prácticas, a veces se requiere que múltiples sistemas de visión operen simultáneamente para garantizar cierta eficiencia de producción. Por lo tanto, para satisfacer las necesidades de operación del sistema, el capturador de fotogramas necesita realizar conversiones A/D en múltiples cámaras simultáneamente. Las opciones comunes de canales de transmisión para capturadores disponibles actualmente en el mercado incluyen canales simples, dobles, cuádruples, etc.

III. Clasificación de los Capturadores de Fotogramas

1.  Basado en el Tipo de Señal de Entrada: Captadores de tramas analógicos y captadores de tramas digitales. Las tarjetas GigE comúnmente mencionadas y los captadores de tramas USB son tipos de captadores de tramas digitales.

2.  Basado en la función: Captadores con funciones exclusivas de adquisición y captadores con funciones integradas de procesamiento de imagen. Con el continuo desarrollo de algoritmos de procesamiento de imágenes, estaciones de trabajo de imágenes, tecnología GPU y cámaras inteligentes, el espacio de supervivencia para captadores con funciones integradas de procesamiento de imagen se está reduciendo, y sus funciones de procesamiento de imagen se están volviendo cada vez más específicas.

Iv. Selección de captadores de tramas

Factores a considerar al seleccionar un captador de tramas:

1. Tipo de interfaz de señal: La interfaz de señal de vídeo (tipo) de la cámara y el frame grabber debe coincidir: las señales analógicas se conectan a frame grabbers analógicos; las señales digitales se conectan a frame grabbers digitales. Existen interfaces de señal analógica e interfaces de señal digital. Las interfaces de señal analógica incluyen BNC, RCA (conector phono), S-video. Las interfaces de señal digital incluyen CameraLink, Gigabit Ethernet (GigE), CoaXPress (CXP), CLHS, USB 3.0 & 2.0, etc.

2. Tasa de Muestreo de Fotogramas: La frecuencia de muestreo de datos del frame grabber ≥ la frecuencia de salida de datos de la cámara. El requisito que debe cumplir la frecuencia de muestreo de datos del frame grabber puede calcularse de la siguiente manera:

Para Frame Grabbers Analógicos: Frecuencia de Puntos ≥ 1,2 * R * FPS

Para Frame Grabbers Digitales: Frecuencia de Puntos ≥ Frecuencia de Puntos de la Cámara

Nota: R es la resolución de la cámara, FPS es la velocidad de fotogramas de la cámara.

3. Kit de Desarrollo de Software (SDK): El frame grabber seleccionado debe tener un SDK estable, sencillo, fácil de usar, potente y portátil. Además, la gama de productos debe estar bien establecida para facilitar las actualizaciones.