Soluzione di messa a fuoco automatica basata su immagini con algoritmi su FPGA Frame Grabber

Di cosa si tratta?

I due approcci comuni alla messa a fuoco automatica sono la messa a fuoco automatica basata su immagini e laser. La tecnica di messa a fuoco automatica basata su laser è molto veloce, ma uno dei suoi principali limiti è che l'algoritmo di messa a fuoco automatica è strettamente legato alle specifiche hardware. Anche gli sforzi di integrazione sono molto elevati. In confronto, la messa a fuoco automatica basata su immagini è più fattibile per molte applicazioni industriali grazie alla sua praticità e flessibilità.

Per ottenere la messa a fuoco automatica basata su immagini, è necessaria un'ottica (come una lente liquida) sul front-end per portare oggetti da diverse distanze nella profondità di campo. Avrai anche bisogno di algoritmi sul back-end per valutare le molteplici acquisizioni effettuate mentre la messa a fuoco cambiava e selezionare l'immagine più a fuoco.

Qual era il problema?

Una lente liquida è anche chiamata lente sintonizzabile sulla messa a fuoco. Per regolare la lunghezza focale al valore desiderato, vengono applicati segnali elettrici che modificano la curvatura dei fluidi ottici all'interno. In questo modo, il campo di lavoro dell'obiettivo a fuoco fisso può essere aumentato e regolato rapidamente.

Tuttavia, gli ingegneri di sistema hanno ancora due compiti principali da svolgere per integrare la funzione di messa a fuoco automatica nel loro sistema. Il primo consiste nel sincronizzare la lente liquida con la telecamera di visione artificiale selezionata. Il secondo è quello di sviluppare algoritmi software in grado di valutare la qualità dell'immagine e trovare l'immagine meglio focalizzata tra più acquisizioni. Nel frattempo, gli ingegneri devono anche considerare le risorse della CPU.

Come minimo, un ingegnere di sistema e un ingegnere di visione dovrebbero lavorare insieme per settimane o mesi per bilanciare diversi componenti hardware e API, oltre a sviluppare gli algoritmi.

La soluzione

A Basilea', l'ottica front-end è una lente liquida e l'algoritmo è sviluppato su Basler's frame grabber FPGA.

La fotocamera e l'obiettivo sintonizzabile per la messa a fuoco (lente liquida) sono sincronizzati con un segnale di trigger generato dal frame grabber. La fotocamera acquisisce quindi le immagini in tempo con il cambiamento della messa a fuoco dell'obiettivo, in modo da acquisire una serie di immagini su vari punti focali. Successivamente, l'algoritmo di messa a fuoco automatica pre-progettatosull'FPGA frame grabber di Basler seleziona un'immagine tra le numerose acquisizioni e produce l'immagine più a fuoco come risultato.'

Benefici

• Flessibilità: una lente liquida può funzionare con qualsiasi obiettivo a fuoco fisso, consentendole di regolare la messa a fuoco senza alcuna modifica fisica alla distanza di lavoro.

• Risparmia tempo e risorse di sistema: l'implementazione dell'elaborazione delle immagini sull'FPGA frame grabber precaricato consente agli ingegneri di risparmiare molto tempo di sviluppo. Inoltre, l'algoritmo viene eseguito senza utilizzare le risorse della CPU.

• Più possibilità: questa soluzione può essere implementata anche con ottiche ad alto ingrandimento.