Fonction et application des cartes d'acquisition d'images dans la vision industrielle

La technologie de vision par ordinateur est largement utilisée dans des domaines tels que l'inspection industrielle, la santé, les transports et d'autres domaines, afin d'aider à réaliser l'automatisation et l'intelligence. L'ensemble du système de vision par ordinateur peut être divisé en deux modules principaux : l'acquisition d'images et le traitement d'images. La carte d'acquisition d'images sert d'interface entre la partie d'acquisition des données d'image et la partie de traitement, jouant ainsi un rôle crucial.

Dans un système de vision par ordinateur, la partie d'acquisition d'images se compose principalement d'une caméra industrielle, d'un objectif industriel et d'un système d'éclairage, tandis que la partie de traitement d'images est réalisée à l'aide d'un logiciel de traitement d'images. La carte d'acquisition d'images peut être considérée comme l'interface entre la caméra industrielle (source vidéo) et l'ordinateur (logiciel). Les images capturées par la carte d'acquisition sont transmises à l'ordinateur ou à d'autres processeurs pour être traitées.

I. Principe des cartes d'acquisition d'images

Tout d'abord, la portion spécifique du monde réel « vue » par la caméra et le système optique sert de signal optique. Ensuite, la puce CCD ou CMOS convertit le signal optique en un signal électrique. La caméra transmet le signal vidéo au capteur de trame (frame grabber) selon un format ou protocole spécifique. Chaque pixel exprime indépendamment l'intensité lumineuse sous forme d'un niveau de gris. Ces valeurs d'intensité lumineuse sont transférées depuis la matrice de la puce CCD ou CMOS et stockées dans une structure de données matricielle en mémoire ; le capteur de trame constitue l'intermédiaire de ce transfert.

II. Paramètres courants des capteurs de trame (frame grabbers)

1.  Conversion A/N : Les capteurs de trame peuvent convertir les signaux analogiques en signaux numériques et jouent ainsi un rôle essentiel dans la tâche d'acquisition d'images au sein de l'ensemble du système de vision industrielle. Cette conversion analogique-numérique effectuée par le capteur de trame dans un système de vision industrielle est appelée conversion A/N, et le composant correspondant qui réalise cette conversion est appelé convertisseur A/N.

2.  Fréquence d'échantillonnage : La fréquence d'échantillonnage reflète la vitesse et les capacités du frame grabber dans le traitement des images. Lors de l'acquisition d'images, il faut prêter attention à savoir si la fréquence d'échantillonnage du frame grabber répond aux exigences.

3.  Mémoire tampon embarquée (Résolution) : Cela détermine le nombre maximum de pixels que le dispositif peut supporter, indiquant ainsi ses performances en termes de résolution, c'est-à-dire la résolution maximale de la caméra qu'il peut supporter.

4.  Nombre de canaux de transmission : Capacité du dispositif à acquérir simultanément des images à partir de plusieurs caméras. Dans les applications pratiques, il arrive parfois que plusieurs systèmes de vision doivent fonctionner simultanément afin d'assurer une certaine efficacité de production. Par conséquent, pour répondre aux besoins du système, le frame grabber doit effectuer une conversion A/N simultanée sur plusieurs caméras. Les options courantes de canaux de transmission pour les frame grabbers disponibles sur le marché incluent actuellement les canaux simples, doubles, quadruples, etc.

III. Classification des frame grabbers

1.  Selon le type de signal d'entrée : Les cartes d'acquisition analogiques et numériques. Les cartes GigE couramment mentionnées ainsi que les cartes d'acquisition USB sont des types de cartes d'acquisition numériques.

2.  Basé sur la fonction : Cartes d'acquisition disposant uniquement de fonctions d'acquisition et cartes d'acquisition intégrant des fonctions de traitement d'image. Avec le développement continu des algorithmes de traitement d'image, des stations de travail graphiques, de la technologie GPU et des caméras intelligentes, l'espace de survie des cartes d'acquisition intégrant des fonctions de traitement d'image se réduit progressivement, leurs fonctions de traitement d'image devenant de plus en plus limitées.

Iv. Sélection des cartes d'acquisition

Facteurs à prendre en compte lors du choix d'une carte d'acquisition :

1. Type d'interface du signal : L'interface du signal vidéo (type) de la caméra et du frame grabber doit être compatible : les signaux analogiques se connectent aux frame grabbers analogiques ; les signaux numériques se connectent aux frame grabbers numériques. Il existe des interfaces de signaux analogiques et des interfaces de signaux numériques. Les interfaces de signaux analogiques incluent BNC, RCA (connecteur phono), S-video. Les interfaces de signaux numériques incluent CameraLink, Gigabit Ethernet (GigE), CoaXPress (CXP), CLHS, USB 3.0 & 2.0, etc.

2. Fréquence d'échantillonnage des images (FPS) : La fréquence d'échantillonnage des données du frame grabber ≥ la fréquence de sortie des données de la caméra. La condition que la fréquence d'échantillonnage des données du frame grabber doit satisfaire peut être calculée comme suit :

Pour les Frame Grabbers Analogiques : Fréquence d'échantillonnage ≥ 1,2 * R * FPS

Pour les Frame Grabbers Numériques : Fréquence d'échantillonnage ≥ Fréquence d'échantillonnage de la caméra

Remarque : R est la résolution de la caméra, FPS est la fréquence d'images (frame rate) de la caméra.

3. Kit de Développement Logiciel (SDK) : Le frame grabber sélectionné devrait posséder un SDK stable, simple, facile à utiliser, puissant et portable. De plus, la gamme de produits devrait être bien établie afin de faciliter les mises à niveau.