Functie en toepassing van frame grabbers in machinevisie

Machinevisietechnologie wordt op grote schaal gebruikt in industriële productie-inspectie, gezondheidszorg, vervoer en andere sectoren om automatisering en intelligentie te realiseren. Het gehele machinevisiesysteem kan worden opgedeeld in twee hoofdmodules: beeldacquisitie en beeldverwerking. De frame grabber fungeert als interface tussen het deel dat beelddata acquisiteert en het verwerkingsdeel, en speelt daarmee een cruciale rol.

In een machines visie systeem bestaat het beeldacquisitiegedeelte hoofdzakelijk uit een industriële camera, een industriële lens en een verlichtingssysteem, terwijl het beeldverwerkingsgedeelte wordt gerealiseerd door beeldverwerkingssoftware. De frame grabber kan worden gezien als de interface tussen de industriële camera (videosignaalbron) en de computer (software). De beelden die door de frame grabber worden verkregen, worden aan de computer of andere processoren geleverd voor verwerking.

I. Principe van Frame Grabbers

Eerst dient het specifieke deel van de echte wereld "gezien" door de camera en optische systeem als optisch signaal. Vervolgens converteert de CCD- of CMOS-chip het optische signaal naar een elektrisch signaal. De camera stuurt het videosignaal in een specifiek formaat of protocol naar de framegrabber. Elke pixel drukt onafhankelijk de lichtintensiteit uit in de vorm van een grijswaarde. Deze lichtintensiteitswaarden worden overgedragen van de matrix van de CCD- of CMOS-chip en opgeslagen in een matrixgegevensstructuur in het geheugen; de framegrabber is de tussenpersoon voor deze overdracht.

II. Algemene parameters van framegrabbers

1.  A/D-conversie: Framegrabbers kunnen analoge signalen omzetten in digitale signalen en spelen daarmee een cruciale rol bij de beeldacquisitie van het gehele machinesichtsysteem. Deze analoog-digitale conversie die wordt uitgevoerd door de framegrabber in een machinesichtsysteem, wordt A/D-conversie genoemd, en het corresponderende onderdeel dat de conversie uitvoert, wordt een A/D-converter genoemd.

2.  Samplefrequentie: De bemonsteringsfrequentie geeft de snelheid en capaciteit van de framegrabber bij het verwerken van beelden weer. Tijdens het verkrijgen van beelden moet gelet worden op of de bemonsteringsfrequentie van de framegrabber voldoet aan de eisen.

3.  On-board framebuffer (resolutie): Dit bepaalt de maximale pixelmatrix die de grabber kan ondersteunen, wat zijn resolutieprestaties weerspiegelt, oftewel de maximale cameraresolutie die hij kan ondersteunen.

4.  Aantal transmissiekanaal: De mogelijkheid van de grabber om gelijktijdig beelden van meerdere camera's te verkrijgen. In praktische toepassingen moet soms gebruik worden gemaakt van meerdere visiesystemen die tegelijkertijd werken om zo de benodigde productie-efficiëntie te garanderen. Daarom moet de framegrabber in staat zijn om A/D-conversie van meerdere camera's tegelijkertijd uit te voeren. Algemene transmissiekanaalopties voor grabbers op de markt zijn momenteel onder andere single channel, dual channel, quad channel, enz.

III. Indeling van framegrabbers

1.  Op basis van ingangssignaaltype: Analoge framegrabbers en digitale framegrabbers. Vaak genoemde GigE-kaarten en USB-framegrabbers zijn typen digitale framegrabbers.

2.  Op basis van functie: Framegrabbers met uitsluitend opnamefuncties en framegrabbers met geïntegreerde beeldverwerkingsfuncties. Met de voortdurende ontwikkeling van beeldverwerkingsalgoritmen, beeldwerkstations, GPU-technologie en slimme camera's, krimpt de levensruimte van framegrabbers met geïntegreerde beeldverwerkingsfuncties en worden hun beeldverwerkingsfuncties steeds eenduidiger.

IV. Selectie van framegrabbers

Factoren om rekening mee te houden bij de selectie van een framegrabber:

1. Type signaalinterface: Het videosignaalinterface (type) van de camera en de framegrabber moeten overeenkomen: analoge signalen sluiten aan op analoge framegrabbers; digitale signalen sluiten aan op digitale framegrabbers. Er zijn analoge signaalinterfaces en digitale signaalinterfaces. Analoge signaalinterfaces zijn onder andere BNC, RCA (foonconnector), S-video. Digitale signaalinterfaces zijn onder andere CameraLink, Gigabit Ethernet (GigE), CoaXPress (CXP), CLHS, USB 3.0 & 2.0, enz.

2. Snelheid van beeldopname: De bemonsteringsfrequentie van de framegrabber ≥ de uitvoerfrequentie van de camera. De eis die de bemonsteringsfrequentie van de framegrabber moet voldoen, kan als volgt worden berekend:

Voor analoge framegrabbers: Puntfrequentie ≥ 1,2 * R * FPS

Voor digitale framegrabbers: Puntfrequentie ≥ Camera Puntfrequentie

Opmerking: R is de resolutie van de camera, FPS is de beeldfrequentie van de camera.

3. Software Development Kit (SDK): De geselecteerde framegrabber moet een stabiele, eenvoudige, gebruiksvriendelijke, krachtige en draagbare SDK hebben. Bovendien moet de productlijn goed gevestigd zijn om upgrades te vergemakkelijken.