Frame Grabber'ların Makine Görüşünde Fonksiyonu ve Uygulaması

Makine görüşü teknolojisi, endüstriyel üretim denetiminde, sağlık hizmetlerinde, ulaşım sektöründe ve diğer alanlarda otomasyonu ve zekâyı gerçekleştirmeye yardımcı olmak amacıyla yaygın olarak kullanılmaktadır. Tüm makine görüşü sistemi iki ana modüle ayrılabilir: görüntü elde etme ve görüntü işleme. Frame grabber, görüntü verisi elde etme kısmı ile işleme kısmı arasındaki arayüz olarak görev yapar ve bu sistemde kritik bir rol oynar.

Bir makine görüş sisteminde, görüntü elde etme kısmı esas olarak bir endüstriyel kamera, endüstriyel lens ve aydınlatma sisteminden oluşur; görüntü işleme kısmı ise görüntü işleme yazılımı ile gerçekleştirilir. Frame grabber (görüntü yakalama kartı), endüstriyel kamera (video kaynağı) ile bilgisayar (yazılım) arasındaki arayüz olarak tanımlanabilir. Frame grabber tarafından elde edilen görüntüler, işlenmek üzere bilgisayara veya diğer işlemcilere iletilir.

I. Frame Grabber'ların (Görüntü Yakalama Kartlarının) Prensibi

İlk olarak, kamera ve optik sistemin "gördüğü" gerçek dünyanın belirli kısmı optik sinyal olarak hizmet eder. Daha sonra CCD veya CMOS çip optik sinyali elektrik sinyaline dönüştürür. Kamera, video sinyalini belirli bir formatta veya protokolde frame grabber'a (görüntü yakalayıcıya) gönderir. Her piksel, ışık yoğunluğunu Gri Seviye biçiminde bağımsız olarak ifade eder. Bu ışık yoğunluk değerleri, CCD veya CMOS çip matrisinden aktarılır ve bellekteki bir matris veri yapısında saklanır; bu aktarım için görüntü yakalayıcı ara bağlantı olarak görev yapar.

II. Frame Grabber'ların (Görüntü Yakalayıcıların) Ortak Parametreleri

1.  A/D Dönüşümü: Frame grabber'lar analog sinyalleri dijital sinyallere dönüştürebilir ve bu sayede makine görüş sisteminin tüm görüntünün elde edilmesi işlevinde önemli bir rol oynarlar. Makine görüş sisteminde görüntü yakalayıcının gerçekleştirdiği analog dijital dönüşüme A/D dönüşümü adı verilir ve dönüşümü gerçekleştiren bileşen A/D dönüştürücü olarak adlandırılır.

2.  Örnek Alma Hızı: Örnekleme oranı, görüntü yakalayıcının görüntüleri işleme hızını ve yeteneğini yansıtır. Görüntü akışında, yakalayıcının örnekleme oranının gereksinimleri karşılayıp karşılamadığına dikkat edilmelidir.

3.  Yerleşik Kare Arabelleği (Çözünürlük): Bu, yakalayıcının destekleyebileceği maksimum piksel dizisini belirler ve çözünürlük performansını yansıtır; yani destekleyebileceği maksimum kamera çözünürlüğünü.

4.  İletim Kanallarının Sayısı: Yakalayıcının birden fazla kameradan aynı anda görüntü alma yeteneği. Pratik uygulamalarda, bazen belirli bir üretim verimliliğini sağlamak için birden fazla görüntüleme sisteminin aynı anda çalışması gerekir. Dolayısıyla, sistem çalışmasının gereksinimlerini karşılamak için kare yakalayıcının birden fazla kameradan aynı anda A/D dönüşümünü gerçekleştirmesi gerekir. Günümüzde piyasada bulunan yakalayıcılar için yaygın iletim kanalı seçenekleri arasında tek kanallı, çift kanallı, dört kanallı cihazlar vb. yer almaktadır.

III. Kare Yakalayıcıların Sınıflandırılması

1.  Giriş Sinyali Türüne Göre: Analog çerçeve yakalayıcılar ve dijital çerçeve yakalayıcılar. Yaygın olarak bahsedilen GigE kartları ve USB çerçeve yakalayıcılar dijital çerçeve yakalayıcı türleridir.

2.  İşlevine Göre: Sadece görüntü alma fonksiyonuna sahip yakalayıcılar ve entegre görüntü işleme fonksiyonlarına sahip yakalayıcılar. Görüntü işleme algoritmalarının sürekli gelişmesi, görüntü istasyonlarının, GPU teknolojisinin ve akıllı kameraların gelişmesiyle entegre görüntü işleme fonksiyonlarına sahip yakalayıcıların yaşam alanı daralmakta ve görüntü işleme fonksiyonları giderek tek yönlü hale gelmektedir.

IV. Çerçeve Yakalayıcıların Seçimi

Çerçeve Yakalayıcı Seçerken Dikkat Edilmesi Gereken Faktörler:

1. Sinyal Arayüz Türü: Kamera ve frame grabber'ın video sinyal arayüzü (türü) eşleşmelidir: analog sinyaller analog frame grabber'lara; dijital sinyaller dijital frame grabber'lara bağlanır. Analog sinyal arayüzleri ve dijital sinyal arayüzleri olmak üzere iki tür vardır. Analog sinyal arayüzleri BNC, RCA (fonomatik konektör), S-video içerir. Dijital sinyal arayüzleri ise CameraLink, Gigabit Ethernet (GigE), CoaXPress (CXP), CLHS, USB 3.0 & 2.0, vb. içerir.

2. Örnekleme Kare Hızı: Frame grabber'ın veri örnekleme frekansı ≥ kameranın veri çıkış frekansı. Frame grabber'ın veri örnekleme frekansının sağlaması gereken şart aşağıdaki şekilde hesaplanabilir:

Analog Frame Grabber için: Nokta Frekansı ≥ 1,2 * R * FPS

Dijital Frame Grabber için: Nokta Frekansı ≥ Kamera Nokta Frekansı

Not: R kameranın çözünürlüğü, FPS kameranın kare hızıdır.

3. Yazılım Geliştirme Kiti (SDK): Seçilen frame grabber, kararlı, basit, kullanımı kolay, güçlü ve taşınabilir bir SDK'ya sahip olmalıdır. Ayrıca, ürün hattı yükseltmeleri kolaylaştıracak kadar iyi yerleşmiş olmalıdır.