Функция и применение устройств захвата кадров в машинном зрении

Технология машинного зрения широко используется в промышленном производственном контроле, здравоохранении, транспорте и других областях для автоматизации и интеллектуализации процессов. Вся система машинного зрения может быть разделена на два основных модуля: приобретение изображения и обработка изображения. Устройство захвата кадров служит интерфейсом между частью системы, осуществляющей сбор данных изображения, и частью, выполняющей обработку изображения, играя ключевую роль.

В системе машинного зрения часть захвата изображения в основном состоит из промышленной камеры, промышленного объектива и системы освещения, а обработка изображения осуществляется с помощью программного обеспечения для обработки изображений. Кадровый граббер можно понимать как интерфейс между промышленной камерой (источником видео) и компьютером (программным обеспечением). Изображения, захваченные кадровым граббером, передаются на компьютер или другие процессоры для обработки.

I. Принцип работы кадровых грабберов

Во-первых, конкретная часть реального мира, «видимая» камерой и оптической системой, служит оптическим сигналом. Затем чип CCD или CMOS преобразует оптический сигнал в электрический сигнал. Камера выводит видеосигнал в определенном формате или протоколе на устройство захвата кадров. Каждый пиксель независимо выражает интенсивность света в форме уровня серого. Эти значения интенсивности света передаются из матрицы чипа CCD или CMOS и сохраняются в структуре данных матрицы в памяти; устройство захвата кадров является посредником для этой передачи.

II. Общие параметры устройств захвата кадров

1.  A/D Преобразование: Устройства захвата кадров могут преобразовывать аналоговые сигналы в цифровые сигналы и играть важную роль в работе по приобретению изображения всей системы машинного зрения. Это преобразование аналогового сигнала в цифровой, выполняемое устройством захвата кадров в системе машинного зрения, называется A/D-преобразованием, а соответствующий компонент, реализующий это преобразование, называется A/D-преобразователем.

2.  Частота дискретизации: Частота дискретизации отражает скорость и возможности видеозахватного устройства при обработке изображений. Во время захвата изображения необходимо убедиться, соответствует ли частота дискретизации видеозахватного устройства заданным требованиям.

3.  Встроенный видеобуфер (разрешение): Это определяет максимальный пиксельный массив, поддерживаемый устройством захвата, отражая его разрешающую способность, то есть максимальное разрешение камеры, поддерживаемое видеозахватным устройством.

4.  Количество передающих каналов: Способность устройства захвата одновременно получать изображения с нескольких камер. На практике нередко возникает необходимость одновременной работы нескольких систем технического зрения для обеспечения требуемой эффективности производства. Таким образом, чтобы удовлетворять требованиям функционирования системы, видеозахватное устройство должно выполнять аналогово-цифровое преобразование сигналов с нескольких камер одновременно. Распространенные варианты количества передающих каналов видеозахватных устройств, представленных на рынке, включают одноканальные, двухканальные, четырехканальные и т. д.

III. Классификация видеозахватных устройств

1.  По типу входного сигнала: Аналоговые и цифровые устройства захвата кадров. Часто упоминаемые платы GigE и устройства захвата кадров USB относятся к типу цифровых устройств захвата кадров.

2.  По функции: Устройства захвата только с функцией приобретения и устройства захвата с интегрированными функциями обработки изображений. С постоянным развитием алгоритмов обработки изображений, рабочих станций для обработки изображений, технологий GPU и интеллектуальных камер, пространство для существования устройств захвата с интегрированными функциями обработки изображений сокращается, а их функции обработки изображений становятся все более ограниченными.

Iv. Выбор устройств захвата кадров

Факторы, которые следует учитывать при выборе устройства захвата кадров:

1. Тип сигнального интерфейса: Интерфейс (тип) видеосигнала камеры и устройства захвата должен совпадать: аналоговые сигналы подключаются к аналоговым устройствам захвата; цифровые сигналы — к цифровым устройствам захвата. Существуют аналоговые и цифровые интерфейсы сигналов. Аналоговые интерфейсы сигналов включают BNC, RCA (фонографический разъем), S-Video. Цифровые интерфейсы сигналов включают CameraLink, Gigabit Ethernet (GigE), CoaXPress (CXP), CLHS, USB 3.0 и 2.0 и т. д.

2. Частота кадров выборки: Частота дискретизации данных устройства захвата ≥ частота вывода данных камеры. Требование к частоте дискретизации данных устройства захвата может быть рассчитано следующим образом:

Для аналоговых устройств захвата: Частота точек ≥ 1,2 * R * FPS

Для цифровых устройств захвата: Частота точек ≥ частота точек камеры

Примечание: R — разрешение камеры, FPS — частота кадров камеры.

3. Комплект разработчика программного обеспечения (SDK): Выбранный захватчик кадров должен иметь устойчивый, простой в использовании, мощный и портативный SDK. Кроме того, линейка продуктов должна быть хорошо отработанной, чтобы облегчить модернизацию.