Funkcija in uporaba frame grabberjev v strojni vidljivosti

Tehnologija strojnega vida se pogosto uporablja v industrijskih kontrolah med proizvodnjo, zdravstveni oskrbi, prometu in drugih panogah, da bi omogočila avtomatizacijo in inteligenco. Celoten sistem strojnega vida je mogoče razdeliti na dva glavna modula: pridobivanje slik in obdelava slik. Frame grabber deluje kot vmesnik med delom za pridobivanje podatkov o slikah in delom za obdelavo, pri čemer ima pomembno vlogo.

V sistemu strojnega vida sestavljajo del za pridobivanje slik predvsem industrijska kamera, industrijski objektiv in osvetlitveni sistem, medtem ko se obdelava slik izvede z programsko opremo za obdelavo slik. Frame grabber si lahko predstavljamo kot vmesnik med industrijsko kamero (video vir) in računalnikom (programsko opremo). Slike, pridobljene preko frame grabberja, se pošljejo na računalnik ali druge procesorje za nadaljnjo obdelavo.

I. Načelo delovanja frame grabberjev

Najprej določen del resničnega sveta, ki ga vidi kamera in optični sistem, služi kot optični signal. Nato čip CCD ali CMOS pretvori optični signal v električni signal. Kamera izhaja video signal v določenem formatu ali protokolu do frame grabberja. Vsak posamezen pixel izraža intenzivnost svetlobe v obliki sive stopnje. Te vrednosti intenzivnosti svetlobe se prenašajo iz matrice čipa CCD ali CMOS ter shranjujejo v strukturi matričnih podatkov v pomnilniku; frame grabber je posrednik pri tem prenosu.

II. Pogosti parametri frame grabberjev

1.  A/D pretvorba: Frame grabberji lahko pretvorijo analogni signal v digitalni signal in s tem igrajo pomembno vlogo pri pridobivanju slike v celotnem sistemu strojnega vida. To analogno-digitalno pretvorbo v sistemu strojnega vida izvaja frame grabber, imenujemo pa jo A/D pretvorba, ustrezna komponenta, ki izvaja pretvorbo, pa se imenuje A/D pretvornik.

2.  Meritvena hitrost: Vzorčevalna frekvenca prikazuje hitrost in zmogljivost frame grabberja pri obdelavi slik. Pri pridobivanju slik je treba biti pozoren, ali vzorčevalna frekvenca frame grabberja ustrezno zahtevom.

3.  Vgrajen frame buffer (ločljivost): To določa največje polje pikslov, ki ga lahko grabber podpira, kar prikazuje njegovo zmogljivost glede ločljivosti, oziroma največjo ločljivost kamere, ki jo lahko podpira.

4.  Število prenosnih kanalov: Zmogljivost grabberja za hkraten pridobivanje slik z več kamerami. Pri praktičnih uporabah včasih potrebujemo več videjskih sistemov, ki hkrati delujejo, da zagotovijo določeno proizvodno učinkovitost. Zato, da bi ustrezli potrebam delovanja sistema, mora frame grabber izvajati A/D pretvorbo z več kamerami hkrati. Pogoste možnosti prenosnih kanalov grabberjev, ki so trenutno na voljo na trgu, vključujejo enojne, dvojne, štirikratne kanale itd.

III. Klasifikacija frame grabberjev

1.  Glede na tip vhodnega signala: Analogne naprave za zajem slika in digitalne naprave za zajem slika. Pogosto omenjene mrežne kartice GigE in naprave za zajem slika prek USB-ja so vrste digitalnih naprav za zajem slika.

2.  Glede na funkcijo: Naprave za zajem slika, ki imajo samo funkcijo zajema, in naprave za zajem slika z vgrajenimi funkcijami obdelave slik. Zaradi neprekinjenega razvoja algoritmov za obdelavo slik, delovnih postaj za obdelavo slik, tehnologije GPU in pametnih kamer se prostor za preživetje naprav za zajem slika z vgrajenimi funkcijami obdelave slik krči, njihove funkcije obdelave slik pa postajajo vedno bolj enostavne.

IV. Izbira naprav za zajem slika

Dejavniki, ki jih je treba upoštevati ob izbiri naprave za zajem slika:

1. Vrsta signalnega vmesnika: Videopovratni vmesnik (tip) kamere in frame grabberja se mora ujemati: analogni signali se povežejo z analognimi frame grabberji; digitalni signali pa z digitalnimi frame grabberji. Obstajajo analogni signalni vmesniki in digitalni signalni vmesniki. Analogni signalni vmesniki vključujejo BNC, RCA (fonski konektor), S-video. Digitalni signalni vmesniki vključujejo CameraLink, Gigabit Ethernet (GigE), CoaXPress (CXP), CLHS, USB 3.0 & 2.0 itd.

2. Vzorčna frekvenca slike: Vzorčna frekvenca podatkov grabberja ≥ izhodna frekvenca podatkov kamere. Pogoj, ki ga mora zadostiti vzorčna frekvenca podatkov grabberja, se lahko izračuna na naslednji način:

Za analogne grabberje: točkovna frekvenca ≥ 1,2 * R * FPS

Za digitalne grabberje: točkovna frekvenca ≥ točkovna frekvenca kamere

Opomba: R je ločljivost kamere, FPS je frekvenca slika kamere.

3. Vmesnik za razvoj programske opreme (SDK): Izbrani frame grabber mora imeti stabilen, preprost, enostavno uporaben, zmogljiv in prenosljiv SDK. Poleg tega mora biti serija izdelkov dobro uveljavljena, da se omogoči nadgradnja.