Função e Aplicação de Capturadores de Quadros na Visão Computacional

A tecnologia de visão computacional é amplamente utilizada na inspeção de produção industrial, saúde, transporte e outros campos, ajudando a alcançar automação e inteligência. Todo o sistema de visão computacional pode ser dividido em dois módulos principais: aquisição de imagem e processamento de imagem. O frame grabber atua como interface entre a parte de aquisição de dados de imagem e a parte de processamento, desempenhando um papel crucial.

Em um sistema de visão computacional, a parte de aquisição de imagem é composta principalmente por uma câmera industrial, lente industrial e sistema de iluminação, enquanto o processamento de imagem é realizado por meio de software especializado. O frame grabber pode ser compreendido como a interface entre a câmera industrial (fonte de vídeo) e o computador (software). As imagens adquiridas pelo frame grabber são fornecidas ao computador ou a outros processadores para análise.

I. Princípio dos Frame Grabbers

Primeiro, a porção específica do mundo real "vista" pela câmera e sistema óptico serve como um sinal óptico. Em seguida, o sensor CCD ou CMOS converte o sinal óptico em um sinal elétrico. A câmera envia o sinal de vídeo em um formato ou protocolo específico para o frame grabber. Cada pixel expressa independentemente a intensidade da luz na forma de um Nível de Cinza. Esses valores de intensidade luminosa são transferidos da matriz do sensor CCD ou CMOS e armazenados em uma estrutura de dados matricial na memória; o frame grabber é o intermediário nessa transferência.

II. Parâmetros Comuns de Frame Grabbers

1.  Conversão A/D: Os frame grabbers podem converter sinais analógicos em sinais digitais, desempenhando um papel fundamental no trabalho de aquisição de imagem de todo o sistema de visão computacional. Essa conversão analógico-digital realizada pelo frame grabber em um sistema de visão computacional é chamada de conversão A/D, e o componente correspondente que implementa a conversão é chamado de conversor A/D.

2.  Taxa de Amostragem: A taxa de amostragem reflete a velocidade e capacidade do frame grabber no processamento de imagens. Durante a aquisição de imagens, é necessário verificar se a taxa de amostragem do frame grabber atende aos requisitos.

3.  Memória de Quadro Embutida (Resolução): Isso determina o tamanho máximo da matriz de pixels que o dispositivo pode suportar, refletindo seu desempenho em resolução, ou seja, a resolução máxima da câmera que ele pode suportar.

4.  Número de Canais de Transmissão: Capacidade do frame grabber de adquirir simultaneamente imagens de múltiplas câmeras. Em aplicações práticas, às vezes é necessário que múltiplos sistemas de visão operem simultaneamente para garantir uma certa eficiência produtiva. Assim, para atender às necessidades de operação do sistema, o frame grabber precisa realizar conversão A/D de múltiplas câmeras simultaneamente. As opções mais comuns de canais de transmissão nos frame grabbers disponíveis atualmente no mercado incluem canais únicos, duplos, quádruplos, entre outros.

III. Classificação dos Frame Grabbers

1.  Com base no Tipo de Sinal de Entrada: Placas de aquisição analógicas e placas de aquisição digitais. Placas GigE e placas de aquisição USB comumente mencionadas são tipos de placas de aquisição digitais.

2.  Com base na função: Placas com funções puramente de aquisição e placas com funções integradas de processamento de imagem. Com o contínuo desenvolvimento dos algoritmos de processamento de imagem, estações de trabalho de imagem, tecnologia GPU e câmeras inteligentes, o espaço de sobrevivência para placas com funções integradas de processamento de imagem está diminuindo, e suas funções de processamento de imagem estão se tornando cada vez mais específicas.

Iv. Seleção de placas de aquisição

Fatores a considerar ao selecionar uma placa de aquisição:

1. Tipo de interface de sinal: A interface (tipo) do sinal de vídeo da câmera e do frame grabber devem coincidir: sinais analógicos conectam-se a frame grabbers analógicos; sinais digitais conectam-se a frame grabbers digitais. Existem interfaces de sinal analógico e interfaces de sinal digital. As interfaces de sinal analógico incluem BNC, RCA (conector phono), S-Vídeo. As interfaces de sinal digital incluem CameraLink, Gigabit Ethernet (GigE), CoaXPress (CXP), CLHS, USB 3.0 & 2.0, entre outros.

2. Taxa de Quadros de Amostragem: A frequência de amostragem de dados do frame grabber ≥ a frequência de saída de dados da câmera. O requisito que a frequência de amostragem de dados do frame grabber deve satisfazer pode ser calculado da seguinte forma:

Para Frame Grabbers Analógicos: Frequência de Pontos ≥ 1,2 * R * FPS

Para Frame Grabbers Digitais: Frequência de Pontos ≥ Frequência de Pontos da Câmera

Nota: R é a resolução da câmera, FPS é a taxa de quadros da câmera.

3. Software Development Kit (SDK): O frame grabber selecionado deve possuir um SDK estável, simples, fácil de usar, poderoso e portátil. Além disso, a linha de produtos deve ser bem estabelecida para facilitar atualizações.