Обычно системы машинного зрения разделяют на две независимые подсистемы:
- Захват изображений;
- Обработка и анализ изображений.
Каждая из них, в свою очередь, включает различный набор компонентов в зависимости от требований конкретной прикладной задачи. Подсистема обработки и анализа изображений состоит из аппаратной и программной составляющих. Аппаратная — вычислитель, построенный на базе ПК или специализированного оборудования, созданного для обработки изображений. Программная — специальное программное обеспечение, которое содержит математические алгоритмы обработки данных. Задача разработчика заключается в выборе типов алгоритмов и их последовательности. Однако для того чтобы начать обработку изображений, их нужно сначала получить.
Подсистема захвата изображений состоит из одной или нескольких камер, оптики и подсветки. Изображение — массив значений пикселей, или облако точек, в случае многомерных представлений — может быть получено различным оборудованием: цифровая камера, тепловизионная камера, лазерный 3D сканер и другие. Причем выбор может не ограничиваться одним типом устройства. Способ решения поставленной задачи, правильный подбор компонентов и выбор платформы для обработки определяет именно разработчик системы.
Цифровая камера может быть сетевой, матричной или линейной, цветной, мультиспектральной, гиперспектральной или монохромной, с разными разрешением и размером пикселя. Иногда нужно пожертвовать разрешением в пользу размера пикселя, а иногда маленький пиксель может быть предпочтительнее. В зависимости от типа камеры и исследуемого предмета подбирается оптическая подсистема и освещение. Одинаково бесполезно использовать хорошую, дорогую камеру с посредственным, дешевым объективом и наоборот.
На фотографии справа видно, что для чтения маркировки с поверхности коробки имеющегося разрешения не достаточно. Значит, один из двух компонентов (камера/оптика) подобран неверно.
Объектив может быть с разным фокусным расстоянием: широкоугольным, макрообъективом; с переменным фокусным расстоянием, телецентрическим, специальным для «заглядывания» в трубу (эндоскопическим) или для 360° охвата.
Подсветка может быть постоянной или импульсной. Импульсная подсветка часто используется для съемки быстродвижущихся объектов, чтобы иметь возможность работать на короткой выдержке и получить четкое изображение вне зависимости от скорости перемещения объекта. По типу подсветка может быть линейной, кольцевой, фоновой, структурированной или же это может быть лазер. По длине волны свет может быть красным, зеленым, синим, или из инфракрасного и ультрафиолетового диапазона. Кроме того, возможны различные комбинации всех вышеперечисленных вариантов. Однако стоит заметить, что подбор освещения и его расположения относительно объекта зачастую является более сложной задачей, чем выбор камеры. Обо всех тонкостях выбора подсветки мы расскажем в статье «Без света не обойтись».
Выбор неправильного технического решения для получения изображения очень трудно, а в ряде случаев и невозможно, компенсировать самыми сложными математическими алгоритмами.
При самостоятельном подборе всех компонентов системы машинного зрения обратите внимание на два важных момента:
- Необходимо тщательное согласование всех компонентов системы, ведь самое слабое звено в сложной технологической и функциональной цепочке ограничивает общую производительность. Использование неподходящего компонента (такого как «дешевый» объектив на высококачественной камере) может поставить под вопрос функциональность системы в целом.
- Правильно подобранные камера, оптика и подсветка — это лишь малая часть. Вычислительные мощности и специализированные пакеты программного обеспечения являются важными аспектами системы машинного зрения, без которых правильное функционирование невозможно. Необходимо, чтобы вычислительные возможности обеспечивали требуемую производительность системы. Ошибка в выборе вычислителя скажется на скорости обработки изображений. Кроме того, чем больше разрешение камеры, тем больше должна быть вычислительная мощность системы. Поэтому не стоит гнаться за мегапикселями, ведь чаще всего с поставленной задачей блестяще сможет справиться даже камера в 2 Мп.