Fungsi dan Aplikasi Pengambil Gambar Rangka dalam Penglihatan Mesin

Teknologi penglihatan mesin digunakan secara meluas dalam bidang pemeriksaan pengeluaran industri, penjagaan kesihatan, pengangkutan, dan lain-lain untuk membantu mencapai automasi dan kecerdasan. Keseluruhan sistem penglihatan mesin boleh dibahagikan kepada dua modul utama: pengambilan imej dan pemprosesan imej. Pengambil gambar rangka bertindak sebagai antara muka antara bahagian pengumpulan data imej dan bahagian pemprosesan, memainkan peranan yang sangat penting.

Dalam sistem penglihatan mesin, bahagian pengambilan imej terutamanya terdiri daripada kamera industri, lensa industri, dan sistem pencahayaan, manakala bahagian pemprosesan imej direalisasikan melalui perisian pemprosesan imej. Pengambil bingkai boleh difahami sebagai antara muka antara kamera industri (sumber video) dan komputer (perisian). Imej yang diperoleh melalui pengambil bingkai akan dibekalkan kepada komputer atau pemproses lain untuk pemprosesan.

I. Prinsip Pengambil Bingkai

Pertama, bahagian tertentu dunia sebenar yang "dilihat" oleh kamera dan sistem optik bertindak sebagai isyarat optik. Kemudian, cip CCD atau CMOS menukar isyarat optik kepada isyarat elektrik. Kamera menghantar isyarat video dalam format atau protokol tertentu ke penggenggam bingkai (frame grabber). Setiap piksel secara berasingan menunjukkan keamatan cahaya dalam bentuk Tahap Kelabu (Gray Level). Nilai keamatan cahaya ini dipindahkan dari matriks cip CCD atau CMOS dan disimpan dalam struktur data matriks di dalam ingatan; penggenggam bingkai adalah perantara bagi pemindahan ini.

II. Parameter Biasa Penggenggam Bingkai

1.  Penukaran A/D: Penggenggam bingkai boleh menukar isyarat analog kepada isyarat digital, memainkan peranan penting dalam kerja pengambilan imej keseluruhan sistem penglihatan mesin. Penukaran analog kepada digital ini yang diaplikasikan oleh penggenggam bingkai dalam sistem penglihatan mesin dikenali sebagai penukaran A/D, dan komponen berkaitan yang melaksanakan penukaran ini dikenali sebagai penukar A/D.

2.  Kadar Sampel: Kadar pensampelan mencerminkan kelajuan dan keupayaan penangkap bingkai dalam memproses imej. Semasa memperoleh imej, perlu diambil perhatian sama ada kadar pensampelan penangkap bingkai memenuhi keperluan.

3.  Penyangkut Bingkai Berkadaran (Resolusi): Ini menentukan tatasusunan piksel maksimum yang boleh disokong oleh penangkap, mencerminkan prestasi resolusinya, iaitu resolusi kamera maksimum yang boleh disokongnya.

4.  Bilangan Saluran Penghantaran: Keupayaan penangkap untuk serentak memperoleh imej daripada beberapa kamera. Dalam aplikasi praktikal, kadangkala beberapa sistem penglihatan perlu beroperasi serentak untuk memastikan kecekapan pengeluaran tertentu. Oleh itu, bagi memenuhi keperluan operasi sistem, penangkap bingkai perlu melakukan penukaran A/D pada beberapa kamera serentak. Pilihan saluran penghantaran yang biasa terdapat pada penangkap di pasaran kini termasuk saluran tunggal, saluran berkembar, saluran berkualiti, dan lain-lain.

III. Pengelasan Penangkap Bingkai

1.  Berdasarkan Jenis Isyarat Input: Penangkap frame analog dan penangkap frame digital. Kad GigE dan penangkap frame USB yang kerap disebut adalah jenis-jenis penangkap frame digital.

2.  Berdasarkan Fungsi: Grabber dengan fungsi pengambilan sahaja dan grabber dengan fungsi pemprosesan imej bersepadu. Dengan perkembangan berterusan algoritma pemprosesan imej, stesen kerja imej, teknologi GPU, dan kamera pintar, ruang hidup bagi grabber dengan fungsi pemprosesan imej bersepadu semakin mengecut dan fungsi pemprosesan imej mereka semakin menjadi tunggal.

IV. Pemilihan Penangkap Frame

Faktor-faktor yang Perlu Dipertimbangkan Apabila Memilih Penangkap Frame:

1. Jenis Antara Muka Isyarat: Sambungan antara kamera dan penangkap bingkai (frame grabber) mestilah sepadan: isyarat analog disambungkan ke penangkap bingkai analog; isyarat digital disambungkan ke penangkap bingkai digital. Terdapat antara muka isyarat analog dan antara muka isyarat digital. Antara muka isyarat analog termasuk BNC, RCA (sambungan fon), S-video. Antara muka isyarat digital termasuk CameraLink, Gigabit Ethernet (GigE), CoaXPress (CXP), CLHS, USB 3.0 & 2.0, dan lain-lain.

2. Kadar Bingkai Pensampelan: Frekuensi pensampelan data penangkap ≥ frekuensi data output kamera. Kekangan frekuensi pensampelan data penangkap yang perlu dipenuhi boleh dikira seperti berikut:

Untuk Penangkap Analog: Frekuensi Titik ≥ 1.2 * R * FPS

Untuk Penangkap Digital: Frekuensi Titik ≥ Frekuensi Titik Kamera

Nota: R ialah resolusi kamera, FPS ialah kadar bingkai kamera.

3. Software Development Kit (SDK): Penangkap bingkai yang dipilih hendaklah mempunyai SDK yang stabil, mudah, ringkas, berkuasa, dan mudah alih. Selain itu, barisan produk tersebut hendaklah telah terbukti mapan untuk memudahkan penggredan.