Fungsi dan Aplikasi Frame Grabbers dalam Machine Vision

Teknologi visi mesin banyak digunakan dalam inspeksi produksi industri, perawatan kesehatan, transportasi, dan bidang lainnya untuk membantu mewujudkan otomasi dan kecerdasan. Seluruh sistem visi mesin dapat dibagi menjadi dua modul utama: akuisisi gambar dan pengolahan gambar. Frame grabber berfungsi sebagai antarmuka antara bagian akuisisi data gambar dan bagian pemrosesan, memainkan peran yang sangat penting.

Dalam sistem visi mesin, bagian akuisisi gambar terutama terdiri dari kamera industri, lensa industri, dan sistem pencahayaan, sedangkan bagian pengolahan gambar diwujudkan melalui perangkat lunak pengolah gambar. Frame grabber dapat dipahami sebagai antarmuka antara kamera industri (sumber video) dan komputer (perangkat lunak). Gambar yang diperoleh oleh frame grabber kemudian disuplai ke komputer atau prosesor lain untuk diproses lebih lanjut.

I. Prinsip Kerja Frame Grabber

Pertama, bagian tertentu dari dunia nyata yang "terlihat" oleh kamera dan sistem optik berfungsi sebagai sinyal optik. Selanjutnya, chip CCD atau CMOS mengubah sinyal optik menjadi sinyal listrik. Kamera mengirimkan sinyal video ke frame grabber dalam format atau protokol tertentu. Setiap piksel secara independen menyatakan intensitas cahaya dalam bentuk Tingkat Keabuan (Gray Level). Nilai intensitas cahaya ini ditransfer dari matriks chip CCD atau CMOS dan disimpan dalam struktur data matriks di memori; frame grabber adalah perantara untuk transfer ini.

II. Parameter Umum Frame Grabber

1.  Konversi A/D: Frame grabber dapat mengubah sinyal analog menjadi sinyal digital, memainkan peran penting dalam proses akuisisi gambar di seluruh sistem visi mesin. Konversi analog-ke-digital yang dilakukan oleh frame grabber dalam sistem visi mesin disebut konversi A/D, dan komponen yang sesuai yang menerapkan konversi tersebut disebut konverter A/D.

2.  Frekuensi Pengambilan Sampel: Laju pencuplikan mencerminkan kecepatan dan kemampuan frame grabber dalam memproses gambar. Selama pengambilan gambar, perlu diperhatikan apakah laju pencuplikan frame grabber memenuhi persyaratan.

3.  Memori Frame On-board (Resolusi): Ini menentukan larik piksel maksimum yang dapat didukung oleh frame grabber, mencerminkan kinerja resolusinya, yaitu resolusi kamera maksimum yang dapat didukungnya.

4.  Jumlah Saluran Transmisi: Kemampuan frame grabber untuk secara bersamaan mengambil gambar dari beberapa kamera. Dalam aplikasi praktis, terkadang beberapa sistem visi perlu beroperasi secara bersamaan untuk memastikan efisiensi produksi tertentu. Oleh karena itu, untuk memenuhi kebutuhan operasi sistem, frame grabber perlu melakukan konversi A/D pada beberapa kamera secara bersamaan. Opsi saluran transmisi umum untuk frame grabber yang tersedia di pasar saat ini meliputi saluran tunggal, saluran ganda, saluran empat, dan lainnya.

III. Klasifikasi Frame Grabber

1.  Berdasarkan Jenis Sinyal Masukan: Pengambil frame analog dan pengambil frame digital. Kartu GigE dan pengambil frame USB yang umum disebutkan adalah jenis pengambil frame digital.

2.  Berdasarkan Fungsi: Pengambil dengan fungsi murni akuisisi dan pengambil dengan fungsi pemrosesan citra terintegrasi. Dengan terus berkembangnya algoritma pemrosesan citra, workstation citra, teknologi GPU, dan kamera pintar, ruang gerak bagi pengambil frame dengan fungsi pemrosesan citra terintegrasi semakin menyusut, dan fungsi pemrosesan citra mereka menjadi semakin terbatas.

IV. Pemilihan Pengambil Frame

Faktor-faktor yang Perlu Dipertimbangkan Saat Memilih Pengambil Frame:

1. Jenis Antarmuka Sinyal: Antarmuka sinyal video (tipe) kamera dan frame grabber harus cocok: sinyal analog terhubung ke frame grabber analog; sinyal digital terhubung ke frame grabber digital. Terdapat antarmuka sinyal analog dan antarmuka sinyal digital. Antarmuka sinyal analog meliputi BNC, RCA (phono connector), S-video. Antarmuka sinyal digital meliputi CameraLink, Gigabit Ethernet (GigE), CoaXPress (CXP), CLHS, USB 3.0 & 2.0, dan sebagainya.

2. Sampling Frame Rate: Frekuensi sampling data dari frame grabber ≥ frekuensi output data kamera. Persyaratan bahwa frekuensi sampling data frame grabber harus memenuhi dapat dihitung sebagai berikut:

Untuk Frame Grabber Analog: Point Frequency ≥ 1,2 * R * FPS

Untuk Frame Grabber Digital: Point Frequency ≥ Camera Point Frequency

Catatan: R adalah resolusi kamera, FPS adalah frame rate kamera.

3. Software Development Kit (SDK): Pengambil frame yang dipilih harus memiliki SDK yang stabil, sederhana, mudah digunakan, kuat, dan portabel. Selain itu, garis produk harus sudah terbukti mapan untuk memudahkan peningkatan.