Câmaras industriais com compressão de imagem JPEG integrada

É executada uma compressão de imagem diretamente na câmara, isso resulta em muitas vantagens para uma estrutura do sistema e utilização flexíveis e rentáveis.

• Baixa largura de banda: Devido à elevada taxa de compressão numa boa qualidade de imagem, uma alta resolução e taxa de fotogramas podem ser utilizadas ao mesmo tempo com baixa largura de banda. Assim, por exemplo, GigE com aprox. 100 MB é suficiente para a transferência de imagens a cores e Full HD a 300 fotogramas por segundo.
   
• Estrutura do sistema flexível: Em comparação a USB, está disponível uma taxa de fotogramas consideravelmente maior, com mais flexibilidade no que diz respeito aos comprimentos de cabo de até 100 metros. Isto também possibilita o uso de um comutador GigE, a implementação de sincronização de várias câmaras através de PTP ou a utilização de um Uplink 10 GigE através de um cabo de fibra ótica para distâncias de transmissão muito longas até 10 quilómetros.
   
• Redução da carga de CPU: Não incorre uma carga de CPU no PC para cálculo de cor, conversão para YCbCr e compressão de imagem. Os requisitos respeitantes ao tamanho da memória principal, assim como da largura de banda da unidade de armazenamento principal são deste modo reduzidos significativamente. A necessidade de espaço de armazenamento também possibilita tempos de gravação muito mais longos.

Em 1992, a norma ISO/IEC 10918 foi publicada pela Joint Photographic Experts Group (JPEG) e reúne várias partes, em especial a compressão efetiva de fotografias individuais, bem como o formato para guardar JFIF (JPEG File Interchange Format). É um dos formatos de imagem mais utilizados.

A compressão ocorre em fases divididas. As imagens a cores são convertidas do espetro de cores RGB para o modelo de cor YCbCr. Este consiste na luminância Y (brilho) e nos dois componentes de cor Cb (crominância azul-amarelo) e Cr (crominância vermelho-verde). As informações das cores são reduzidas através de filtragem de baixa passagem e subamostragem. Isto explora o facto de o olho humano resolver cores de um modo significativamente inferior em relação às diferenças de luminosidade.

Após a conversão, ocorre uma divisão para cada componente (Y, Cb e Cr) em blocos de 8x8, assim como a sua transformação discreta de cosseno (DCT). A redução efetiva dos dados é conseguida através de uma quantificação posterior. A etapa final da compressão da imagem é uma reordenação dos coeficientes relacionados com a frequência e uma codificação de entropia. Para se obter um elevado desempenho, estes processos podem ser executados em paralelo.

A compressão JPEG ocorre basicamente com perdas, uma vez que a qualidade da imagem é reduzida. Para imagens monocromáticas, uma taxa de compressão na área de 5:1 ocorre sem perdas a nível visual. A uma taxa de 10:1, a qualidade é suficiente para muitas aplicações. No entanto, taxas de compressão mais elevadas levam a artefactos fortes na imagem, tais como a formação de blocos e graus nos cantos. Ao utilizar imagens a cores RGB, podem ser utilizadas taxas de compressão de 12:1 para imagens sem perdas visuais ou 35:1 para boa qualidade.

A taxa de compressão JPEG pode ser configurada de forma flexível na área de 30–100% através do parâmetro "Image Compression Quality", permitindo assim um ajuste individual da qualidade da imagem para a respetiva aplicação.

São suportadas imagens monocromáticas ou a cores de 8 bits. Um cálculo de cor de alta qualidade (em parte, num ambiente 5×5), bem como a conversão para YCbCr422_8, é efetuado para câmaras a cores. A compressão de imagem JPEG ocorre de modo sequencial com desempenho total do sensor. A latência adicional devido à compressão é insignificante. A implementação ocorre com base na norma GigE Vision 2.0 por tipo de Payload de JPEG. O fluxo JPEG gerado contém todos os cabeçalhos e pode ser guardado diretamente num ficheiro JPEG. Também transmitidos nos metadados um carimbo de tempo e a posição ROI no fluxo JPEG. Não está prevista uma imagem de pré-visualização ou a transmissão paralela de imagem original e JPEG.

A compressão de imagem JPEG pode ser utilizada sempre que sejam necessárias sequências de imagem durante um período de tempo mais longo. Especialmente se a largura de banda da transmissão ou da unidade de armazenamento for limitada ou se o PC não puder realizar o processamento adicional, por ex., para várias câmaras. Uma vez que a qualidade da imagem é um pouco baixa em comparação com a original, não se recomenda a sua utilização para aplicações metrológicas.

Estão disponíveis várias opções de software para uma fácil integração e utilização das câmaras VLXT.JP.

• Clientes OEM: Se as câmaras tiverem de ser integradas na sua própria aplicação, o Baumer GAPI SDK está disponível. Aí, os exemplos demonstram a configuração, a entrada de imagem e guardar como um ficheiro .jpg. Com bibliotecas como a FFmpeg, também podem ser criados vídeos diretamente a partir das imagens individuais.
   
• Utilizador final: Se as câmaras forem utilizadas diretamente por utilizadores finais, pode-se recorrer ao Baumer Camera Explorer . Na aplicação gráfica fácil de usar, as câmaras podem ser parametrizadas e as imagens podem ser capturadas e exibidas. Além disso, estão disponíveis funções adicionais tais como High Speed Recording na unidade de armazenamento principal ou diretamente no disco rígido, gestão de armazenamento em anel com disparo via evento I/O e disponibilização de vídeo. Através do suporte das câmaras LXT.JP, o fluxo de dados comprimidos transmitidos também pode, por ex., ser descodificado diretamente para visualização ou guardado como ficheiro .jpg. O Camera Explorer possibilita assim gravações de longa duração para a captura de sequências de alta velocidade diretamente para um disco rígido de USB.
   
• Software de terceiros para gravações de vídeo: NorPix proporciona software e soluções para a gravação de vídeos digitais. Com os pacotes StreamPix ou TroublePix, podem ser utilizadas uma ou mais câmaras para sequências de alta velocidade. A análise de falhas de máquinas e sistemas num ambiente industrial são as áreas típicas de aplicação. As câmaras Baumer VLXT-06M.I.JP são, por ex., utilizadas na monitorização de sistemas de produção. Com até 1500 fps por 800x600, possibilitam uma resolução espacial e temporal muito elevada. Graças à compressão JPEG, também podem ser utilizadas durante um tempo de gravação muito longo, de 189 horas.
   
• Third Party Software para análise de movimento: O software TEMPLO da CONTEMPLAS GmbH para análise de movimento possibilita as análises de movimento e paragem nas áreas da saúde e desporto. A solução de sistema constituída por hardware e software é destinada a utilizadores finais profissionais e é distribuída e utilizada a nível mundial. A Baumer, por ex., utiliza a câmara a cores de 3 MP VLXT-31C.I.JP com taxas de fotogramas até 300 fps em Full HD para análises em desportos de alta competição, tais como natação e andebol.
   
• Software de terceiros para análise de vídeo na área do desporto: O Kinovea, com as suas várias ferramentas possibilita, por ex., o acompanhamento de objetos ou de medições de velocidades e ângulos. Como uma solução de código aberto, é utilizado, por ex., na área universitária e de desporto amador. As câmaras VLXT.JP da Baumer são integradas diretamente e possibilitam um elevado desempenho, fácil sincronização, assim como uma excelente robustez.