मशीन दृष्टि में फ्रेम ग्रेबर का कार्य और अनुप्रयोग

मशीन दृष्टि तकनीक का उपयोग औद्योगिक उत्पादन निरीक्षण, स्वास्थ्य सेवा, परिवहन और अन्य क्षेत्रों में स्वचालन और बुद्धिमानी को प्राप्त करने में सहायता के लिए व्यापक रूप से किया जाता है। पूरी मशीन दृष्टि प्रणाली को दो मुख्य मॉड्यूल में विभाजित किया जा सकता है: छवि अधिग्रहण और छवि प्रसंस्करण। फ्रेम ग्रेबर छवि डेटा अधिग्रहण भाग और प्रसंस्करण भाग के बीच इंटरफ़ेस के रूप में कार्य करता है, जो एक महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है।

मशीन विजन सिस्टम में, छवि अधिग्रहण का भाग मुख्य रूप से एक इंडस्ट्रियल कैमरा, इंडस्ट्रियल लेंस और प्रकाश व्यवस्था से मिलकर बना होता है, जबकि छवि प्रसंस्करण का भाग छवि प्रसंस्करण सॉफ्टवेयर द्वारा साकार किया जाता है। फ्रेम ग्रेबर को इंडस्ट्रियल कैमरा (वीडियो स्रोत) और कंप्यूटर (सॉफ्टवेयर) के बीच के इंटरफ़ेस के रूप में समझा जा सकता है। फ्रेम ग्रेबर द्वारा प्राप्त छवियों को कंप्यूटर या अन्य प्रोसेसर्स द्वारा प्रसंस्करण के लिए आपूर्ति की जाती है।

I. फ्रेम ग्रेबर का सिद्धांत

सबसे पहले, कैमरा और ऑप्टिकल सिस्टम द्वारा "दृश्यमान" वास्तविक दुनिया का विशिष्ट हिस्सा एक ऑप्टिकल संकेत के रूप में कार्य करता है। फिर, सीसीडी या सीएमओएस चिप ऑप्टिकल संकेत को एक विद्युत संकेत में परिवर्तित करता है। कैमरा फ्रेम ग्रैबर को एक विशिष्ट प्रारूप या प्रोटोकॉल में वीडियो संकेत आउटपुट करता है। प्रत्येक पिक्सेल स्वतंत्र रूप से ग्रे स्तर के रूप में प्रकाश तीव्रता व्यक्त करता है। ये प्रकाश तीव्रता मान सीसीडी या सीएमओएस चिप के मैट्रिक्स से स्थानांतरित किए जाते हैं और मेमोरी में मैट्रिक्स डेटा संरचना में संग्रहीत किए जाते हैं; इस स्थानांतरण के लिए मध्यस्थ फ्रेम ग्रैबर है।

II. फ्रेम ग्रैबर के सामान्य पैरामीटर

1.  ए/डी कनवर्शन: फ्रेम ग्रैबर एनालॉग संकेतों को डिजिटल संकेतों में परिवर्तित कर सकता है, जो मशीन दृष्टि प्रणाली के पूर्ण छवि अधिग्रहण कार्य में महत्वपूर्ण भूमिका निभाता है। मशीन दृष्टि प्रणाली में फ्रेम ग्रैबर द्वारा किए गए इस एनालॉग-टू-डिजिटल परिवर्तन को ए/डी परिवर्तन कहा जाता है, और परिवर्तन को लागू करने वाला संबंधित घटक ए/डी कनवर्टर कहलाता है।

2.  नमूना दर: सैंपलिंग दर फ्रेम ग्रेबर की छवियों को संसाधित करने की गति और क्षमता को दर्शाती है। छवि अधिग्रहण के दौरान, यह सुनिश्चित करना आवश्यक है कि क्या फ्रेम ग्रेबर की सैंपलिंग दर आवश्यकताओं को पूरा करती है।

3.  ऑन-बोर्ड फ्रेम बफर (रिज़ॉल्यूशन): यह ग्रेबर द्वारा समर्थित अधिकतम पिक्सेल सरणी को निर्धारित करता है, जो इसकी रिज़ॉल्यूशन क्षमता को दर्शाता है, अर्थात् अधिकतम कैमरा रिज़ॉल्यूशन जिसे यह समर्थित कर सकता है।

4.  संचरण चैनलों की संख्या: ग्रेबर द्वारा एक समय में कई कैमरों से छवियों का अधिग्रहण करने की क्षमता। व्यावहारिक अनुप्रयोगों में, कभी-कभी कुछ उत्पादन दक्षता सुनिश्चित करने के लिए कई दृष्टि प्रणालियों को एक साथ संचालित करने की आवश्यकता होती है। इसलिए, प्रणाली संचालन की आवश्यकताओं को पूरा करने के लिए, फ्रेम ग्रेबर को कई कैमरों पर एक साथ ए/डी परिवर्तन करने की आवश्यकता होती है। वर्तमान बाजार में उपलब्ध ग्रेबर के लिए सामान्य संचरण चैनल विकल्पों में एकल-चैनल, दोहरा-चैनल, चतुर्भुज-चैनल आदि शामिल हैं।

III. फ्रेम ग्रेबर का वर्गीकरण

1.  इनपुट सिग्नल प्रकार के आधार पर: एनालॉग फ्रेम ग्रैबर और डिजिटल फ्रेम ग्रैबर। अक्सर उल्लिखित गिगई कार्ड और यूएसबी फ्रेम ग्रैबर डिजिटल फ्रेम ग्रैबर के प्रकार हैं।

2.  कार्य के आधार पर: केवल अधिग्रहण कार्यों वाले ग्रैबर और समाकलित छवि संसाधन कार्यों वाले ग्रैबर। छवि संसाधन एल्गोरिथ्म, छवि कार्य स्टेशन, जीपीयू तकनीक और स्मार्ट कैमरों के निरंतर विकास के साथ, समाकलित छवि संसाधन कार्यों वाले ग्रैबर के लिए अस्तित्व का स्थान सिकुड़ रहा है, और उनके छवि संसाधन कार्य अधिकाधिक एकल होते जा रहे हैं।

Iv. फ्रेम ग्रैबर का चयन

फ्रेम ग्रैबर का चयन करते समय विचार करने वाले कारक:

1. सिग्नल इंटरफ़ेस प्रकार: कैमरा और फ्रेम ग्रेबर का वीडियो सिग्नल इंटरफ़ेस (प्रकार) मेल खाना चाहिए: एनालॉग सिग्नल एनालॉग फ्रेम ग्रेबर से जुड़ते हैं; डिजिटल सिग्नल डिजिटल फ्रेम ग्रेबर से जुड़ते हैं। एनालॉग सिग्नल इंटरफ़ेस और डिजिटल सिग्नल इंटरफ़ेस होते हैं। एनालॉग सिग्नल इंटरफ़ेस में BNC, RCA (फोनो कनेक्टर), S-वीडियो शामिल हैं। डिजिटल सिग्नल इंटरफ़ेस में कैमरालिंक, गिगाबिट ईथरनेट (गिगई), कोएक्सप्रेस (सीएक्सपी), CLHS, USB 3.0 और 2.0 आदि शामिल हैं।

2. सैंपलिंग फ्रेम दर: ग्रेबर की डेटा सैंपलिंग आवृत्ति ≥ कैमरा की डेटा आउटपुट आवृत्ति। ग्रेबर की डेटा सैंपलिंग आवृत्ति की आवश्यकता जिसकी गणना निम्नानुसार की जा सकती है:

एनालॉग ग्रेबर के लिए: बिंदु आवृत्ति ≥ 1.2 * R * FPS

डिजिटल ग्रेबर के लिए: बिंदु आवृत्ति ≥ कैमरा बिंदु आवृत्ति

नोट: R कैमरा का संकल्प है, FPS कैमरा की फ्रेम दर है।

3. सॉफ्टवेयर डेवलपमेंट किट (SDK): चयनित फ्रेम ग्रेबर में एक स्थिर, सरल, उपयोग में आसान, शक्तिशाली और पोर्टेबल एसडीके होना चाहिए। इसके अतिरिक्त, उत्पाद लाइन अच्छी तरह से स्थापित होनी चाहिए ताकि अपग्रेड को सुगम बनाया जा सके।