Funzione e Applicazione dei Frame Grabbers nella Visione Artificiale

La tecnologia della visione artificiale è ampiamente utilizzata nell'ispezione della produzione industriale, nell'assistenza sanitaria, nei trasporti e in altri settori, al fine di contribuire all'automazione e all'intelligenza. L'intero sistema di visione artificiale può essere suddiviso in due moduli principali: acquisizione delle immagini e elaborazione delle immagini. Il frame grabber funge da interfaccia tra la parte di acquisizione dei dati delle immagini e la parte di elaborazione, svolgendo un ruolo cruciale.

In un sistema di visione artificiale, la parte di acquisizione dell'immagine è costituita principalmente da una telecamera industriale, un obiettivo industriale e un sistema di illuminazione, mentre la parte di elaborazione dell'immagine è realizzata tramite software di elaborazione delle immagini. La frame grabber può essere considerata come l'interfaccia tra la telecamera industriale (fonte video) e il computer (software). Le immagini acquisite dalla frame grabber vengono fornite al computer o ad altri processori per l'elaborazione.

I. Principio di Funzionamento delle Frame Grabber

In primo luogo, la porzione specifica del mondo reale "vista" dalla telecamera e dal sistema ottico funge da segnale ottico. Successivamente, il sensore CCD o CMOS converte il segnale ottico in un segnale elettrico. La telecamera invia il segnale video in un formato o protocollo specifico al frame grabber. Ogni pixel esprime in modo indipendente l'intensità della luce sotto forma di livello di grigio. Questi valori di intensità luminosa vengono trasferiti dalla matrice del sensore CCD o CMOS e memorizzati in una struttura dati matriciale nella memoria; il frame grabber è l'intermediario di questo trasferimento.

II. Parametri comuni dei frame grabber

1.  Conversione A/D: I frame grabber possono convertire segnali analogici in segnali digitali, svolgendo un ruolo fondamentale nel processo di acquisizione delle immagini dell'intero sistema di visione artificiale. Questa conversione da analogico a digitale eseguita dal frame grabber in un sistema di visione artificiale è detta conversione A/D, e il componente che implementa tale conversione è chiamato convertitore A/D.

2.  Frequenza di campionamento: La frequenza di campionamento riflette la velocità e le capacità del frame grabber nell'elaborare le immagini. Durante l'acquisizione delle immagini, è necessario verificare che la frequenza di campionamento del frame grabber soddisfi i requisiti richiesti.

3.  Memoria Frame On-board (Risoluzione): Questo parametro determina la massima matrice di pixel supportata dal grabber, riflettendo le sue prestazioni in termini di risoluzione, ovvero la massima risoluzione della telecamera che può supportare.

4.  Numero di Canali di Trasmissione: La capacità del grabber di acquisire contemporaneamente immagini da più telecamere. Nelle applicazioni pratiche, a volte è necessario che più sistemi di visione operino simultaneamente per garantire una determinata efficienza produttiva. Per soddisfare tali esigenze operative del sistema, il frame grabber deve effettuare la conversione A/D di più telecamere contemporaneamente. Le opzioni comuni attualmente disponibili sul mercato per i canali di trasmissione dei grabber includono canale singolo, doppio canale, quattro canali, ecc.

III. Classificazione dei Frame Grabber

1.  In base al Tipo di Segnale in Ingresso: Frame grabber analogici e digitali. Le schede GigE e i frame grabber USB comunemente menzionati sono tipi di frame grabber digitali.

2.  In base alla funzione: Frame grabber con sole funzioni di acquisizione e frame grabber con funzioni integrate di elaborazione delle immagini. Con lo sviluppo continuo degli algoritmi di elaborazione delle immagini, delle workstation per immagini, della tecnologia GPU e delle telecamere intelligenti, lo spazio di sopravvivenza per i frame grabber con funzioni integrate di elaborazione delle immagini si sta riducendo e le loro funzioni di elaborazione delle immagini stanno diventando sempre più specializzate.

Iv. Selezione dei Frame Grabber

Fattori da considerare nella selezione di un frame grabber:

1. Tipo di interfaccia del segnale: L'interfaccia (tipo) del segnale video della telecamera e del frame grabber devono corrispondere: i segnali analogici si collegano ai frame grabber analogici; i segnali digitali si collegano ai frame grabber digitali. Esistono interfacce per segnali analogici e interfacce per segnali digitali. Le interfacce per segnali analogici includono BNC, RCA (connettore phono), S-video. Le interfacce per segnali digitali includono CameraLink, Gigabit Ethernet (GigE), CoaXPress (CXP), CLHS, USB 3.0 & 2.0, ecc.

2. Frequenza di campionamento del fotogramma: La frequenza di campionamento dati del frame grabber ≥ la frequenza di uscita dati della telecamera. Il requisito che la frequenza di campionamento dati del frame grabber deve soddisfare può essere calcolato come segue:

Per i Frame Grabber Analogici: Frequenza dei punti ≥ 1,2 * R * FPS

Per i Frame Grabber Digitali: Frequenza dei punti ≥ Frequenza dei punti della telecamera

Nota: R è la risoluzione della telecamera, FPS è la frequenza fotogrammi della telecamera.

3. Software Development Kit (SDK): Il frame grabber selezionato dovrebbe disporre di un SDK stabile, semplice, facile da usare, potente e portabile. Inoltre, la linea di prodotto dovrebbe essere ben consolidata per facilitare gli aggiornamenti.