Komponenty i systemy obrazowania

System wizyjny - wprowadzenie


Wprowadzenie

Systemy przetwarzające obrazy stają się wszechobecne. Różnią się zastosowaniami, szybkością i technologią, jednak ich strukura pozostaje niezmienna:

 

Fig1.  Elementy systemu wizyjnego

Powyższe elementy odnajdujemy w każdym systemie obrazowania maszynowego.  Oczywiście rozwiązania różnia sie technologią i pewne funkcje przemieszczają sie z jednego elementu do drugiego lub pozornie znikają, gdy są standardową częścią sąsiedniego podsystemu.  Komputer (czy procesor) po obróbce przekazuje wynik inspekcji. Może być to miara jakiegoś zjawiska, odczyt kodu,  tablicy rejestracyjnej, rozpoznana twarz, bądź prosty wynik dobry/zły w wypadku inspekcji jakości.

Frame Grabber (FG).

FG odbiera sygnał wizyjny z kamery w czasie rzeczywistym. Możę być to sygnał analogowy lub cyfrowy, w każdym wypadku jest to strumien danych o intensywności światła na kolejnych pikselach kamery w postaci napiecia lub wartości cyfrowych.  Rolą  FG jest uporzadkowanie tego strumienia w obrazy i przekazanie do RAM komputera przed dostępną szynę danych.


 

Fig. 1 przedstawia elementy sytemu, zaś Fig 2 przedstawia drogę sygnału od obrazu uzyskanego przez obiektyw do pamięci komputera gdzie możę zostać poddany obróbce cyfrowej.

 

Fig. 2   Bloki funkcjyjne sytemu akwizycji obrazu

Pokazany na schemacie blok I/F  możę oznaczać interfejs szyny danych komputera, specjalizowany interfejs wizyjny, lub komunikacyjny interfejs USB czy giga-ethernet.

Rozwiązania

System analogowy

 

 Fig 3. Analogowy system wizyjny

Komputery nie posiadaja wejść analogowych o pasmie wystarczającym dla akwizycji obrazów z kamery, więc Frame Grabber przetwarzajacy sygnał analogowy na cyfrowy i wprowadzjący dane do RAM poprzez mechamizm DMA jest absolutnie niezbędny.

Systemy cyfrowe

 

Przeniesienie przetwornika ADC do kamery otworzyło droge do systemów kamera-komputer, jak choćby popularny web-cam. Choć pozwalają one pracować z większą szybkościa niż systemy analogowe, to jednak specjalizowane interfejsy są nadal niezbędne w bardziej zaawansowanych zastosowaniach.

  

Fig 4.  Cyfrowy system wizyjny z bezposrednim interfejsem do komputera

(GigE, GigE Vision,USB2, USB3)

 

 

Fig 5.  Cyfrowy system wizyjny ze specjalizowanym łączem (Camera-Link, CoaXpress)

 

Systemy inteligentne:

Smart Kamera

Kanał przesyłania danych z kamery do komputera często ogranicza szybkość systemu. Powstały więc kamery zawierające procesor (Smart Camera), ktore mogą znacznie ograniczyć strumien danych do komputera, a nawet pracować bez niego.  W zależności od aplikacji, Smart-kamery podłączane są do komputera bezpośrednio lub poprzez Frame-grabber.

 

 

Fig 6  Wysokowydajny system z użyciem Smart-kamery nie różni się od standardowego.

 

Fig 7. Minimalny system ze Smart-kamerą składa sie jedynie z kamery,  jednak wszyskie bloki funkcyjne systemu są obecne. Interfejs służy jedynie do podania wyniku inspekcji: Pass/Fail lub kodu.

Frame Grabber z FPGA

Chęć odciążenia procesora komputera od czasochłonnych operacji jak filtrowanie, konwolucja czy wyodrebnianie obiektów, doprowadziła do powstania „inteligentnych frame grabberów” opartych o FPGA.  Pierwsze modele dawały jedynie możliwość użycia zaprogramowanych operacji, obecnie użytkownik może coraz swobodniej programować własne funkcje.

 

 

Fig 8.  System z inteligentnym frame-grabberem

© A1Pixel, 2012  .