Vielleicht haben Sie das erste Mal von einem Frame Grabber gehört, als Ihr Bildverarbeiter oder Integrator dieses Teil auf seiner Stückliste notierte. Vielleicht ist der Begriff aber auch bereits in der vorangehenden Diskussion um Ihre neue Bildverarbeitungslösung gefallen. In jedem Fall bedarf es einer Klärung, was es mit diesen Frame Grabbern auf sich hat.
In diesem Beitrag bringen wir Klarheit über das Konzept. Wir beantworten dabei die Fragen:
- Was sind Frame Grabber?
- Welche Funktion erfüllen sie?
- Wann und warum sollte man sie einsetzen?
Das steckt hinter Frame Grabbern
Frame oder Video Grabber (deutsch: Bildfangschaltungen) wurden ursprünglich entwickelt, um analoge Bildaufnahmen in digitale Signale umzuwandeln. Dieser Verwendungszweck ist heutzutage in den Hintergrund getreten, da die meisten Bildverarbeitungssysteme rein digital arbeiten.
Stattdessen nutzen Bildverarbeiter Frame Grabber heute, um digitale Kameras an Systeme anzuschließen, die nicht über dieselbe Datenschnittstelle – wie z.B. USB – verfügen. Zusätzlich eignen sich Frame Grabber, um einer angeschlossenen SPS oder Robotersteuerung Trigger mit Informationen über den Status der Bildverarbeitung zu senden. Außerdem können sie über ihre Schnittstelle Informationen zur exakten Terminierung der anfallenden Bilddaten ankündigen und versenden.
Funktion
Analoge Frame Grabber bestehen üblicherweise aus einem Sample-and-Hold-Verstärker, auf den ein Analog-Digital-Wandler folgt. Damit wird jeder eingehenden Spannung eine Zahl zugeordnet. Das analoge Bild wird zum digitalen Zahlenformat, die digitale Kommunikation der Bildaufnahme wird möglich.
Bei digitalen Frame Grabbern ist diese Übersetzung nicht mehr nötig. Stattdessen erfolgt die Erfassung hier meist in einem genormten Bildformat über eine PCI oder PCI-Express Karte im Computer. Über zusätzliche Funktionen und programmierbare Parameter lässt sich die Datenumwandlung in ein anderes Format bei Bedarf noch anpassen. Digitale Frame Grabber übernehmen damit gewissermaßen eine Übersetzerfunktion zwischen verschiedenen Bildformaten.
Mehr als nur die Übertragung von Bilddaten
Da diese Übersetzungsleistung von Bildaufnahme zu Bildverarbeitung stets über ein Kabel funktioniert, erlauben Frame Grabber exakte Vorhersagen zu Datengeschwindigkeit und -übertragung. Insbesondere für zeitkritische Aufgaben wie beispielsweise das Aussortieren eines defekten Teils ist das zentral. Da Frame Grabber meist mit Gigabit-Ethernet genutzt werden (möglich sind auch USB und FireWire), erreicht die Datenübertragung bis zu 25 GB/s. Damit werden Latenzen unter 1 µs möglich. Für umfangreiche Bilddaten ein wahrer Gewinn.
Fortgeschrittene Frame Grabber nehmen zusätzlich eine Datenüberprüfung vor. Dadurch können sie zuverlässige Aussagen darüber geben, ob alle Daten wie geplant übertragen wurden – oder ob und vor allem wo sie verloren gegangen sind. Das erleichtert die Fehlersuche immens.
Größter Vorteil von Frame Grabbern ist aber sicherlich die Bündelung der gesamten Bilderfassung über ein einziges Gerät. Bildverarbeitungslösungen sind heute oft vielschichtig und nicht selten komplex. Der Einsatz eines Frame Grabbers erleichtert die Verwaltung dieses Prozesses deutlich.
Grabbing-Funktionen erlauben eine schnellere Weiterverarbeitung
Frame Grabber sind in der Lage, das gesamte Triggering und die Synchronisation der verschiedenen Bildaufnahme-Geräte zu steuern. Insbesondere, wenn mehrere Kameras und Blitzgeräte eingesetzt werden. Dass sie im Anschluss sogar Bildverarbeitung direkt umsetzen können, ist ein zusätzlicher Bonus. Dazu zählen beispielsweise Farbkorrekturen.
Übernimmt der Frame Grabber bereits einfache Bildverarbeitungsaufgaben, bleibt die CPU des angeschlossenen PCs frei. Möglich macht das der integrierte Direct Memory Access (DMA) auf den Computer. Ohne Zeitverlust kann der Frame Grabber so die anfallenden Daten direkt weiterverarbeiten. Die Zeitersparnis ist enorm.
Frame Grabber stellen Anforderungen
All diese Funktionen, Verbindungen und Interaktionen bringen jedoch einen Nachteil mit sich: Frame Grabber sind keineswegs ein trivialer Baustein in der industriellen Bildverarbeitung. Ihre Implementierung und ihr korrekter Einsatz erfordern vom Anwender profundes Wissen, um mit der nicht immer einfachen Bedienung zurecht zu kommen.
Außerdem muss der Frame Grabber in den verarbeitenden PC eingesetzt werden. Soll ein PCI-Bus-Grabber verwendet werden, ist womöglich ein größeres PC-Gehäuse notwendig. In manchem Schaltschrank könnte es dadurch sehr eng werden.
Wann und warum einsetzen?
Frame Grabber kommen in der Bildverarbeitung immer dann zum Einsatz, wenn eine schnelle und zuverlässige Lösung gefragt ist. Das bezieht sich nicht nur auf die eigentliche Bilderfassung und erste -verarbeitung, sondern auch dann, wenn mehrteilige Aufbauten synchronisiert werden müssen. Hier spielen Frame Grabber ihre Vorteile voll aus. Typische Anwendungen neben Aufnahmen von Sportereignissen sind in der Industrie vor allem die zeitkritische Qualitätsprüfung auf Produktionsbändern.
Mehr zu den Vorteilen von Frame Grabbern finden Sie auch hier.
Doch Frame Grabber sind nicht beschränkt auf diesen Einsatzzweck. Sie möchten wissen, ob auch Ihre Bildverarbeitungslösung von einem solchen System profitieren würde? Kontaktieren Sie uns! Wir helfen Ihnen gerne weiter.