Aquisição de Imagem

Data de Publicação: 19 de julho, 2012

Tabela de conteúdos

Câmeras

Aquisição de Imagem Hardware

NI-IMAQ software Driver

1. Câmaras

Você pode escolher entre dois tipos principais de câmeras - analógico e digital. As câmeras digitais podem ser classificados em paralelo digital, câmera Link, e IEEE 1394. As seções a seguir contêm informações sobre essas câmeras e suas vantagens e inconvenientes, que podem ajudar você a escolher a câmera certa para a sua aplicação.

Câmeras analógicas

As câmeras analógicas são câmeras que geram um sinal de vídeo em formato analógico. O sinal analógico é digitalizado por um aquisição de imagem dispositivo. O sinal de vídeo é baseado no padrão de televisão, fazendo analógico do padrão mais comum para a representação de vídeo sinais.

Você pode ter ouvido o termo dispositivo de carga acoplada (CCD), e se perguntou como ele se relaciona com o sinal de vídeo analógico. Um CCD é um matriz de centenas de milhares de semicondutores interligados. Cada pixel é um em estado sólido, elemento fotossensível que

gera e armazena uma carga elétrica quando ele é iluminado. O pixel é o alicerce para o gerador de imagens CCD, uma rectangular matriz de pixels em que uma imagem da cena é focada. Na maioria das configurações, o sensor inclui o conjunto de circuitos que armazena e transfere sua carga a um registo de deslocamento, que converte a matriz espacial de cargas no gerador de imagens CCD em um vídeo de variação de temposinal. Informação de temporização para as posições vertical e horizontal e o valor do sensor se combinam para formar o sinal de vídeo.

Para câmeras analógicas convencionais, as linhas do CCD são entrelaçados para aumentar a taxa de atualização de imagem percebida. Isso significa queas linhas ímpares (o campo ímpar) são verificados primeiro. Em seguida, os campos de numeração par (o campo mesmo) são verificados. O doiscampos formam um quadro. Electronic Industries Association (EIA) RS-170 e NTSC câmeras actualização a 30 quadros / s com umaresolução de 640 x 480 colunas de linhas. CCIR e PAL atualização câmeras em 25 frames / s com uma resolução de 768 x 576 colunas fileiras.

As câmeras analógicas são de baixo custo e fácil de interagir com um dispositivo de aquisição analógica padrão. Portanto, eles podem resolverinúmeras aplicações a um preço atractivo.

Câmeras Digitais

As câmeras digitais têm várias vantagens sobre câmeras analógicas. O vídeo analógico é mais suscetível ao ruído durante a transmissãode vídeo digital. Por meio da digitalização ao nível da câmara em vez de no dispositivo de aquisição de imagem, a relação sinal-ruído é tipicamente

mais elevada, resultando em melhor precisão. Porque câmeras digitais não são obrigados a estar em conformidade com os padrões de televisão, podem oferecertamanhos maiores de imagem e taxas de quadros mais rápidas, bem como resoluções de pixels mais elevadas. As câmeras digitais vêm com níveis 10 a 16-bit de cinzaresolução como um padrão para a visão de máquina, astronomia, microscopia, e aplicações de imagem térmica. As câmeras digitais usam omesmos dispositivos do tipo CCD para a aquisição de imagens como analógico, eles simplesmente digitalizar o vídeo antes de enviá-lo para a placa de captura.

Câmeras Digitais paralelo

Até recentemente, as câmeras digitais paralelas eram o único tipo de câmeras digitais disponíveis. Eles oferecem todos os benefícios mencionadosacima. No entanto, as câmeras digitais paralelas não têm padrões físicos ou protocolo claro, e interface com dispositivos de aquisição digitaispode ser difícil. Câmeras digitais paralelas muitas vezes necessitam de cabos feitos sob encomenda para se conectar com dispositivos de aquisição de imagem. Você também deve sera certeza de que sua câmera é compatível com seu dispositivo de aquisição de imagem.

Felizmente, uma grande base de câmeras paralelas existe no mercado para praticamente qualquer aplicativo de imagem. National Instrumentsfornece cabos e arquivos de configuração da câmera para fazer a ligação fácil para paralelo câmeras digitais. Para determinar se um dos

os dispositivos de aquisição da National Instruments é compatível wiith sua câmera, visita Câmara Advisor em ni.com.

Camera Link

Camera Link é uma especificação de interface para cabos que conectam as câmeras digitais para dispositivos de aquisição de imagem. Isso preserva abenefícios de câmeras digitais - tais como a flexibilidade para muitos tipos de sensores - ainda que tenha apenas um pequeno conector e um ou doiscabos idênticos, que funcionam com todos os dispositivos de aquisição de imagem Camera Link. Camera Link simplifica muito o cabeamento, que pode seruma tarefa complexa quando se trabalha com câmeras digitais padrão. Para determinar se um dos dispositivos de aquisição de NI é compatívelcom sua câmera, visite Câmara Advisor em ni.com.

IEEE 1394

IEEE 1394 é um padrão de barramento serial utilizada por muitos periféricos para PC, incluindo câmeras digitais. IEEE 1394 câmeras usam um simples,flexível, cabo de alimentação 4 ou 6 fios; e em alguns casos, o ônibus pode fornecer energia para a câmera. No entanto, porque o IEEE 1394 é umbarramento partilhado, há uma limitação da largura de banda de aproximadamente 40 MB / s quando nenhum outro dispositivo está ligado a um bus. IEEE 1394câmeras também exigem o controle processador para mover os dados da imagem, o que limita a largura de banda do processador disponível para processamento de imagem.

IEEE 1394 é um padrão que também inclui funções para enumerar e configurar os recursos de câmera. Você pode adquiririmagens de qualquer IEEE 1394 câmera industrial e adaptador compatível com OHCI IEEE 1394 usando NI-IMAQ para IEEE 1394 Camerassoftware de driver, que você pode comprar em ni.com.

Technologies Câmera importantes Progressive Scan

Em câmeras analógicas padrão, o CCD é exposta e ler em dois campos - o campo ímpar eo campo mesmo. Quando imaginando um objetoem movimento, o entrelaçamento dos campos ímpares e pares do sensor CCD provoca uma dupla exposição da imagem, como mostrado nasFigura 1.

Figura 1. As imagens de um objeto em movimento tiradas com uma câmera analógica padrão

Em câmaras de varrimento progressivo, a matriz de sensores CCD é exposta ao mesmo tempo em vez de em dois passos. Esse comportamento faz com quecâmeras de varredura progressiva especialmente útil em aplicações onde o objeto se move sob inspeção. No entanto, é necessário definiro tempo de exposição adequado, a fim de adquirir imagens sem borrão induzida pelo movimento. As Figuras 2a, 2b, e 2c são imagens de ummovendo motocicleta brinquedo tirada com uma câmera de varredura progressiva usando tempos de exposição de 33, 10 e 1 ms, respectivamente.

Figura 2. Imagens de um brinquedo motocicleta em movimento tiradas com uma câmera de varredura progressiva Usando Tempos de Exposição33 ms, 10 ms e 1 ms, respectivamente

National Instruments PC-1407, PXI-1407, e 1409-PCI dispositivos de aquisição de imagem trabalham com varredura progressiva e padrãocâmeras analógicas.

Linha de digitalização

Ao contrário de uma câmera de área de digitalização, que adquire uma imagem em 2D, uma câmera de linha-scan adquire uma imagem que é apenas um pixel de largura. Figura3 ilustra o conceito de uma câmara de exploração de linha a obtenção de imagens de uma porca, uma "linha" (ou pixels) de cada vez.

Figura 3. Conceito de uma linha-Scan Acquisition

Câmeras de varredura de linha são úteis em aplicações de inspeção web durante o qual o objeto se move sob controlo ao longo de um transportador oufase de um sistema de produção. Câmeras de varredura de linha também são úteis em aplicações de alta resolução, porque você pode adquirir linhas de cadaritmo rápido como a parte se move. Você pode usar o PCI-1424, PCI-1428, PCI-1422, e dispositivos PXI-1422 com câmeras digitais da linha-scan,

bem como o PCI-1409 com câmeras analógicas linha-scan. A largura de câmeras de varredura de linha é fixada pelo número de CCDs nocâmera, mas com o driver NI-IMAQ, você pode fazer a altura da imagem arbitrária (deve caber na memória a bordo - 32-80 MB),câmera, mas com o driver NI-IMAQ, você pode fazer a altura da imagem arbitrária (deve caber na memória a bordo - 32-80 MB),dependendo do tamanho do objecto a inspeccionar. Isso é chamado de aquisição altura variável (VHA).

Infravermelho

Infravermelhos câmeras (térmicas) medir a infrated ou térmica, a energia emitida a partir de uma cena. As câmeras infravermelhas podem ajudar a resolver algunsaplicações científicas e industriais que os sensores que utilizam o espectro de luz visível não pode resolver. Você pode ver muitos defeitos mais fácilno espectro de infravermelhos. Você também pode medir o conteúdo de contentores se o conteúdo for uma temperatura diferente do que orecipiente. Por exemplo, você pode usar uma câmera infravermelha para ver o nível de óleo em um compressor quando a temperatura do óleo difere dea temperatura do invólucro.

National Instruments dispositivos de aquisição de imagem torná-lo simples para adquirir e processar imagens térmicas. Você pode adquirir imagensa partir de câmeras infravermelhas, incluindo algumas câmeras digitais de alta resolução. Em seguida, você pode analisar as imagens térmicas com IMAQFunções de análise de imagem de visão. A Figura 4 mostra uma imagem térmica de uma placa de circuito impresso (PCB). As áreas amarelas e vermelhas do

imagem representam hotspots no tabuleiro.

Figura 4. Usando imagens térmicas para detectar Hotspots em um PCB

Escolhendo a câmera direita

A tabela a seguir compara diferentes tipos de câmeras.

Tabela 1.

Câmeras analógicas Parallel Câmeras Digitais Câmeras Camera Link IEEE 1394 Cameras

Taxa de dados Lenta Rápida Lenta Rápida

Resolução espacial Baixo Alto Alto Médio

Funcionalidade Simples e fácil avançada Simples e fácil

Profundidade Pixel 8-bit para 10-bit Até 16 bits até 16 bits Normalmente 8-bit

Cablagem simples BNC cabeamento Thicker, costume cablagem simples e cabeamento padrão simples, cabeamento padrão

Câmara Advisor

Câmara Advisor é um recurso Web one-stop para engenheiros e cientistas que precisam selecionar uma câmera para sua imagemaplicação. Usando este catálogo de câmeras, você pode comparar as características e especificações para mais de 100 câmeras. Câmera

Advisor também explica como as várias câmaras funcionam com hardware e software da National Instruments.

2. Aquisição de Imagem Hardware

Você deve considerar os seguintes recursos de hardware para a sua visão de máquina ou aplicações de imagens científicas:

Memória interna

Rápida transferência de dados para a memória do PC

Avançado desencadeamento

Integração com aquisição de dados e hardware de controle de movimento

Funções de pré-processamento.

A National Instruments aquisição de imagem de alta velocidade (IMAQ) dispositivos fornecem até 80 MB de memória onboard. Com a bordomemória, você pode adquirir a preços extremamente elevados, enquanto sustentar o throughput de alta velocidade e maior desempenho geral do sistema.

NI usa a tecnologia digital state-of-the-art para maximizar o rendimento sobre o barramento PCI. Usando esta tecnologia, você pode adquiririmagens de câmeras digitais de alta velocidade com baixa latência e sem perda de dados.

Dispositivos National Instruments IMAQ conectar a paralela câmeras digitais, analógicos e Camera Link. Estes dispositivos incluem

Dispositivos National Instruments IMAQ conectar a paralela câmeras digitais, analógicos e Camera Link. Estes dispositivos incluemrecursos avançados de trigger e digitais de I / O que você pode usar para desencadear uma aquisição com base em um sinal digital a partir de células fotoeléctricas ousensores de proximidade. Você também pode usar sinais de I / O digitais para controlar luzes estroboscópicas ou dispositivos de relé.

A maioria dos dispositivos IMAQ trabalhar com controle de movimento e hardware de aquisição de dados usando o ônibus RTSI. No National Instruments PCIplacas, o conector de bus RTSI senta-se na parte superior da placa. Você pode usar um cabo de fita para conectar os conectores RTSI em adjacenteplacas e enviar desencadeamento e informações de tempo de uma placa para outra. Nos módulos da National Instruments PXI, o PXI

ônibus gatilho no backplane PXI substitui o ônibus RTSI.

Dispositivos IMAQ, que oferecem pré-processamento para pode melhorar o desempenho de sua aplicação, pode executar tarefas como pixels edimensionamento de linha (dizimação) e aquisição de região de interesse.

Low-Cost Padrão dispositivos monocromáticos

NI PCI-1407 e dispositivos PXI-1407 oferecem baixo custo, de canal único, monocromático, aquisição analógica. Você pode configurá-los para

RS-170 padrão, CCIR e câmeras monocromáticas analógico de digitalização progressiva. Esses dispositivos oferecem recursos avançados, tais comoaquisição parcial de imagem, dizimação a bordo, a pesquisa de processamento de mesa, ganho programável, e provocando.

Padrão e não padrão Multichannel Board

A placa PCI-1409 oferece software easy-to-use motorista e configuração da câmera para até quatro analógica padrão e não padrãocâmeras. Você pode usar o PCI-1409 para adquirir imagens de câmeras fora do padrão que têm clocks de pixel de variáveis de 5 a 40

MHz. Você pode configurar uma aquisição monocromático da RS-170, CCIR, NTSC, PAL, RGB, e as câmaras de varrimento progressivo.

Low-Cost dispositivo Standard Cor

NI PCI-1411 e dispositivos PXI-1411 são configuráveis para aquisição de imagem de cor de padrão NTSC, PAL e câmeras S-Video.

Você também pode adquirir a partir monocromáticas RS-170 e CCIR câmeras. Esses dispositivos oferecem rápido a bordo de conversão de cores para matiz,saturação e imagem de luminância (HSL) dados antes da transferência para a memória do PC. Esse recurso é especialmente útil durante a alta velocidadecorrespondência de cores e inspecção aplicações, especialmente em ambientes com diferentes iluminação.

National Instruments dispositivos digitais

As câmeras digitais oferecem a saída de imagem de alta velocidade. Algumas câmeras digitais pode produzir dados a uma velocidade superior a 100 MB / s. Então eu1424, 1428, 1422 e dispositivos de aquisição de imagem digital funciona com câmeras digitais de muitos fabricantes. Os dispositivos são ideaispara rápidos, imagens grandes e de alta resolução. Com um dispositivo IMAQ digital, você pode adquirir imagens em milhares de frames / s com alta

tons de cinza e resolução espacial.

O NI PCI-1424 é uma das mais rápidas placas de aquisição de imagens digitais disponíveis, trabalhando com até um clock de pixel de 50 MHz e 32 bitsentrada digital de largura (quatro pixels de 8 bits). Com até 80 MB de memória onboard, o PCI-1424 pode adquirir dados a uma velocidade máxima de 200 MB / se pode sustentar 100 MB / s. A placa PCI-1428 ajuda a remover o desafio de cabeamento digital por trabalhar com Camera Linkcâmeras. Os dispositivos PCI-1422 e PXI-1422 apresentam uma entrada de 16 bits e trabalhar com até um clock de pixel de 40 MHz para baixo-custo,aplicações de aquisição de imagens digitais.

A National Instruments oferece hardware IMAQ para câmeras digitais que têm o diferencial de baixa tensão sinalização (LVDS) interface.

LVDS é uma norma eléctrica que se estende do desempenho da câmara RS422 bus de dados digitais diferencial utilizada.

RS422 limita a frequência para a banda de 20 MHz. No entanto, LVDS câmeras consegue os dados do relógio para fora a 50 MHz utilizando o PCI-1424

Placa de LVDS. E, você pode usar os LVDS do conselho IMAQ para transmitir dados, tanto quanto 100 pés LVDS também reduz o ruídosignificativamente.

3. NI-IMAQ software Driver

Se você estiver usando o LabVIEW, Measurement Studio, Visual Basic, ou Microsoft Visual C ++, o driver de software NI-IMAQ dávocê controla da National Instruments dispositivos de aquisição de imagem. NI-IMAQ seja, um API robusto completa para aquisição de imagem. Ele executatodas as tarefas do computador e específicas do dispositivo para aquisição de imagem simples, sem programação em nível de registro. NI-IMAQ éincluído com a compra de qualquer dispositivo IMAQ, gratuitamente.

A Figura 5 mostra como é fácil usar o NI-IMAQ com a Visão IMAQ para a biblioteca de processamento de imagem LabVIEW. Com apenas três ícones emLabVIEW, você pode tirar e exibir uma imagem. Você pode facilmente construir configurações mais complexas usando este diagrama como LabVIEWuma fundação.

Figura 5. A LabVIEW diagrama simples que adquire e exibe uma imagem

O seguinte é a visão IMAQ para LabWindows código / CVI que executa a mesma pressão como o diagrama na Figura 5.

// Este exemplo demonstra como se obter uma imagem usando uma operação de estalo alto nível

Uma vez que você escrever código para usar com um dispositivo de aquisição de imagem em particular ou da câmera, você não precisa alterar o código se você mudarUma vez que você escrever código para usar com um dispositivo de aquisição de imagem em particular ou da câmera, você não precisa alterar o código se você mudarpara outro dispositivo IMAQ. NI-IMAQ funciona de forma idêntica em toda a National Instruments linha de produtos de dispositivos de aquisição de imageme através de uma ampla gama de câmeras.

NI-IMAQ é compatível com todos os outros softwares motorista National Instruments NI-DAQmx e, tornando-o fácil de integrar na imagemqualquer solução National Instruments.

NI-IMAQ é uma extensa biblioteca de funções de alto nível e de baixo nível que você pode chamar de seu desenvolvimento de aplicativosambiente. Funções de alto nível incluem-shot única e aquisição de imagens em modo contínuo. Funções de baixo nível incluem imagem

configuração seqüência. Outras funções incluem rotinas para configuração de vídeo, alocação de buffer de memória, controle de disparo, e um dispositivoconfiguração. NI-IMAQ fornece todas as funcionalidades que você precisa para adquirir imagens e comunicar-se com a sua câmara. Para imagemanálise e funcionalidade de processamento, consulte a seção Analisar e processar imagens.

NI-IMAQ resolve internamente muitas das questões complexas entre o hardware do computador e IMAQ, como a programaçãocontroladores de interrupções e DMA. NI-IMAQ fornece o caminho interface entre o produto de hardware e LabVIEW, Medição

Studio, e outros ambientes de programação.

Configuração de Software National Instruments

Você pode facilmente configurar o seu sistema de aquisição de imagem com Measurement & Automation Explorer (MAX), que vem comNI-IMAQ. MAX é uma ferramenta interativa para configurar dispositivos de hardware da National Instruments. Você pode usar MAX para selecionar o tipo decâmera (RS-170, CCIR, NTSC, PAL, e não padrão) que você está usando. Você também pode definir parâmetros para a região de interesse,níveis de preto e branco, filtro antichrominance, aquisição assíncrona, ganho e tempo de exposição. Além disso, você pode usar MAXa criação de aquisições de câmeras de varredura progressiva não entrelaçados. Você também pode criar suas próprias configurações da câmera paravídeo fora do padrão, definindo o VSYNC, HSYNC, e outras informações de cronometragem.

Escalabilidade

Software NI-IMAQ é concebido para escalar entre diversos tipos de métodos de aquisição, como mostrado na Figura 6. Este designconsideração significa que você pode começar a usar uma low-cost, RS-170 câmera e aquisição de imagem do dispositivo e atualizar mais tarde a ummais rápido, câmera de alta resolução e dispositivo com alterações de software mínimos. Para começar a usar uma nova câmera ou dispositivo, tudo que você precisafazer é configurar o novo hardware em MAX, o utilitário de configuração para dispositivos NI. Porque NI-IMAQ usa um conjunto de chamadas de funçãoque o trabalho para uma ampla variedade de câmeras, você não precisa reescrever seu software.

Figura 6. Usando NI-IMAQ, Você pode trocar Câmeras sem reescrever