Caméras industrielles avec compression d’images JPEG intégrée

Si une compression d’images est directement transposée dans la caméra, cela offre de nombreux avantages pour la configuration du système et une utilisation flexible, économique.

• Faible bande passante : Le taux de compression élevé avec une bonne qualité d’image permet d’utiliser une résolution et une cadence d’images importantes avec, en même temps, une faible bande passante. Par exemple, pour la transmission d’images en couleurs Full HD à 300 images/s, les caméras GigE avec env. 100 MB/s sont suffisantes.
   
• Configuration flexible du système : En comparaison avec USB, la cadence d’images est nettement supérieure, avec une flexibilité accrue quant aux longueurs de câbles jusqu’à 100 mètres. Ceci permet également l’utilisation de commutateurs GigE, l’implémentation de la synchronisation multi-caméras via PTP ou l’usage d’une liaison montante 10 GigE par câble à fibre optique pour les lignes de transmission longues allant jusqu’à 10 kilomètres.
   
• Diminution de la charge au niveau de l’unité centrale : Dans le PC, l’unité centrale ne subit aucune charge pour le calcul de couleurs, la conversion vers YCbCr ainsi que la compression d’images. Les exigences relatives à la taille de la mémoire principale ainsi que la bande passante du support de stockage sont donc nettement moins élevées. La réduction de l’espace mémoire nécessaire permet également des temps d’enregistrement plus longs.

C’est en 1992 que la norme ISO/CEI 10918 a été publiée par le groupe « Joint Photographic Experts Group » (JPEG) : elle comprend plusieurs parties, notamment la compression de photos individuelles ainsi que le format d’enregistrement JFIF (JPEG File Interchange Format), l’un des formats d’images les plus utilisés.

La compression se fait en plusieurs étapes. Les images en couleurs sont converties depuis le schéma de couleur RGB vers le modèle YCbCr. Le modèle se compose de la luminance Y (luminosité) et des deux composants de couleurs Cb (chrominance bleu-jaune) et Cr (chrominance rouge-vert). Les informations relatives à la couleur sont réduites au moyen d’une filtration passe-bas et d’un sous-balayage. On exploite ainsi le fait que l’œil humain perçoit une résolution nettement plus faible des couleurs en comparaison avec les différences de luminosité.

Après la conversion, chaque composant (Y, Cb et Cr) est soumis à une répartition en 8×8 blocs ainsi qu’à une transformée en cosinus discret (DCT). La réduction effective des données est réalisée grâce à une quantification ultérieure. Un tri des coefficients en fonction de la fréquence et un codage entropique viennent parachever le processus de compression d’images. Pour une performance élevée, ces processus peuvent être exécutés en parallèle.

La compression JPEG est généralement synonyme de perte de données, du fait d’une qualité d’image réduite. Pour les images monochromes, un taux de compression de 5:1 ne génère visuellement aucune perte. Avec un taux de 10:1, la qualité est suffisante pour bon nombre d’applications. Des taux de compression plus élevés entraînent néanmoins des artefacts prononcés tels que la formation de blocs et des différences de niveau sur les bords. En cas d’utilisation d’images en couleurs RGB, des taux de compression de 12:1 sans perte sur le plan visuel et 35:1 pour une bonne qualité, peuvent être appliqués.

Le taux de compression JPEG peut être configuré de manière flexible dans la plage 30-100 % via le paramètre « Image Compression Quality » et permet ainsi une harmonisation individuelle de la qualité d’image avec l’application correspondante.

Les images 8 bits monochromes ou en couleur sont prises en charge. Un calcul de couleurs haute qualité (en partie dans un environnement 5×5) ainsi que la conversion vers YCbCr422_8 sont exécutés pour les caméras couleur. La compression d’images JPEG est séquentielle, avec une performance optimale du détecteur. La latence supplémentaire due à la compression est minimale. L’implémentation se fait sur la base de la norme GigE Vision 2.0 via le type de charge utile JPEG. Le courant JPEG généré comporte tous les en-têtes et peut être enregistré directement dans un fichier JPEG. Dans les métadonnées, un horodatage ainsi que la position ROI dans le courant JPEG sont également transmis. Une image d’aperçu ou la transmission parallèle de l’image originale et JPED n’est pas prévue.

La compression d’images JPEG peut être mise en œuvre dès que les séquences d’images sont requises sur une période prolongée. C’est notamment le cas lorsque la bande passante de la transmission ou du support de stockage est limitée ou que le PC ne peut plus procéder au traitement, p. ex. pour plusieurs caméras. Comme la qualité d’image est légèrement inférieure à l’originale, l’utilisation d’applications d’instrumentation n’est pas recommandée.

Pour une intégration et utilisation aisées des caméras VLXT.JP, différentes options logicielles sont proposées.

• Clients OEM : Si les caméras doivent être intégrées dans l’application propre, le logiciel Baumer GAPI SDK est idéal. Des exemples de configuration, d’acquisition d’image et d’enregistrement au format .jpg y sont proposés. Il est également possible de générer des vidéos à partir d’images individuelles grâce aux bibliothèques telles que FFmpeg.
   
• Utilisateur final : Le logiciel Baumer Camera Explorer convient parfaitement lorsque les caméras sont utilisées directement par l’utilisateur final. Dans l’application graphique simple d’utilisation, les caméras peuvent être paramétrées tandis que les images peuvent être saisies et affichées. Par ailleurs, des fonctions supplémentaires telles que l’enregistrement grande vitesse sur la mémoire principale ou directement sur le disque dur, la gestion de la mémoire circulaire avec déclencheur via événement I/O ainsi que la création de vidéos, sont disponibles. Grâce aux caméras LXT.JP, il est p. ex. possible de décoder directement le flux de données compressé transmis à des fins de visualisation ou de l’enregistrer en tant que fichier .jpg. L’explorateur caméra permet ainsi des enregistrements longue durée pour la saisie de séquences haute vitesse directement sur un disque dur USB.
   
• Logiciel tiers pour enregistrements vidéo : NorPix propose des logiciels et des solutions pour l’enregistrement de vidéos numériques. Les packs StreamPix et TroublePix permettent l’utilisation d’une ou de plusieurs caméras pour des séquences haute vitesse. Parmi les domaines d’application typiques, on peut notamment citer l’analyse d’erreurs des machines et des installations dans un environnement industriel. Les caméras VLXT-06M.I.JP de Baumer sont p. ex. mises en œuvre pour la surveillance des installations de production. Avec jusqu’à 1500 fps à 800×600, elle offre une résolution spatio-temporelle très élevée. Grâce à la compression JPEG, elle permet aussi une durée d’enregistrement très longue de 189 heures.
   
• Logiciel tiers pour l’analyse du mouvement : Le logiciel d’analyse du mouvement TEMPLO de la société CONTEMPLAS GmbH génère des analyses de mouvements et de postures pour les domaines de la santé et du sport. La solution système matérielle et logicielle est destinée aux utilisateurs finaux professionnels et est distribuée et utilisée à travers le monde. P. ex. la caméra couleurs 3 MP VLXT-31C.I.JP de Baumer, avec cadences d’images allant jusqu’à 300 fps en Full-HD est utilisée pour les analyses dans le domaine du sport de haut niveau comme la natation et le handball.
   
• Logiciel tiers pour l’analyse vidéo dans le domaine du sport : Kinovea comprend de nombreux outils qui permettent, p. ex. le suivi des objets ou la mesure de la vitesse et de l’angle. En tant que solution open source, il est p. ex. utilisé dans un environnement universitaire ou dans la pratique du sport amateur. Les caméras VLXT.JP de Baumer sont directement intégrées et offrent une performance très élevée, une synchronisation aisée et une robustesse exceptionnelle.