Функція та застосування пристроїв захоплення кадрів у машинному баченні

Технологія машинного бачення широко використовується в індустріальному виробництві, охороні здоров'я, транспорті та інших галузях для досягнення автоматизації та інтелектуалізації. Вся система машинного бачення може бути розділена на два основних модулі: отримання зображень та обробка зображень. Пристрій захоплення кадрів виступає як інтерфейс між частиною отримання даних зображень і частиною їх обробки, відіграючи ключову роль.

У системі машинного бачення частина отримання зображення в основному складається з промислової камери, промислового об'єктива та системи освітлення, тоді як обробка зображення реалізується за допомогою програмного забезпечення для обробки зображень. Кадровий граббер можна розуміти як інтерфейс між промисловою камерою (джерелом відео) та комп'ютером (програмним забезпеченням). Зображення, отримані за допомогою кадрового граббера, передаються на комп'ютер або інші процесори для подальшої обробки.

I. Принцип роботи кадрових грабберів

По-перше, конкретна частина реального світу, «побачена» камерою та оптичною системою, служить оптичним сигналом. Потім, CCD або CMOS-чіп перетворює оптичний сигнал в електричний сигнал. Камера виводить відеосигнал у певному форматі або протоколі на засіб захоплення кадрів. Кожен піксель незалежно передає інтенсивність світла у формі рівня сірого. Ці значення інтенсивності світла передаються з матриці CCD або CMOS-чіпа й зберігаються в структурі даних матриці в пам'яті; засіб захоплення кадрів є посередником для цього перенесення.

II. Загальні параметри засобів захоплення кадрів

1.  Перетворення А/Ц: Засоби захоплення кадрів можуть перетворювати аналогові сигнали в цифрові сигнали, відіграючи важливу роль у процесі отримання зображення в усій системі машинного бачення. Це аналогово-цифрове перетворення, яке виконується засобом захоплення кадрів у системі машинного бачення, називається А/Ц-перетворенням, а відповідний компонент, що реалізує перетворення, називається А/Ц-перетворювачем.

2.  Частота вибірки: Частота дискретизації відображає швидкість і можливості зчитувача кадрів у обробці зображень. Під час отримання зображення необхідно звертати увагу на те, чи відповідає частота дискретизації зчитувача вимогам.

3.  Вбудований відеобуфер (Роздільна здатність): Це визначає максимальну кількість пікселів, яку може підтримувати зчитувач, відображаючи його здатність роздільної здатності, тобто максимальну роздільну здатність камери, яку він може підтримувати.

4.  Кількість каналів передачі: Здатність зчитувача одночасно отримувати зображення з кількох камер. На практиці іноді необхідно, щоб кілька візуальних систем працювали одночасно для забезпечення певної ефективності виробництва. Тому, щоб задовольнити потреби системи, зчитувач кадрів має одночасно виконувати А/Ц перетворення з кількох камер. Загальними варіантами каналів передачі для зчитувачів, доступних на ринку, є одно-, двох-, чотириканальні тощо.

III. Класифікація зчитувачів кадрів

1.  За типом вхідного сигналу: Аналогові та цифрові фреймграбери. Найпоширеніші карти GigE та USB-фреймграбери є різновидами цифрових фреймграберів.

2.  За функцією: Фреймграбери, які виконують лише функції збору зображення, та фреймграбери з інтегрованими функціями обробки зображення. З постійним розвитком алгоритмів обробки зображення, робочих станцій для обробки зображення, технології GPU та інтелектуальних камер, простір для існування фреймграберів з інтегрованими функціями обробки зображення скорочується, а їх функції обробки зображення стають дедалі простішими.

Iv. Вибір фреймграбера

Фактори, які слід враховувати при виборі фреймграбера:

1. Тип інтерфейсу сигналу: Інтерфейс (тип) відеосигналу камери та засобу захоплення зображення мають бути сумісними: аналогові сигнали підключаються до аналогових засобів захоплення зображення, цифрові — до цифрових. Існують аналогові та цифрові інтерфейси сигналів. Аналогові інтерфейси сигналів включають BNC, RCA (фічний роз’єм), S-відео. Цифрові інтерфейси сигналів включають CameraLink, Gigabit Ethernet (GigE), CoaXPress (CXP), CLHS, USB 3.0 та 2.0 тощо.

2. Частота кадрів дискретизації: Частота дискретизації даних засобу захоплення зображення має бути ≥ частота виведення даних камери. Вимогу, яку має задовольняти частота дискретизації даних засобу захоплення зображення, можна розрахувати таким чином:

Для аналогових засобів захоплення зображення: частота точок ≥ 1,2 * R * FPS

Для цифрових засобів захоплення зображення: частота точок ≥ частота точок камери

Примітка: R — це роздільна здатність камери, FPS — швидкість кадрів камери.

3. Комплект розробки програмного забезпечення (SDK): Обраний фрейм-гребер має мати стабільний, простий, зручний у використанні, потужний та переносний SDK. Крім того, серія продуктів має бути добре встановленою, щоб спростити модернізацію.