Welche Rolle spielt Software in der Bildverarbeitung?
Software ist grundlegender Bestandteil der digitalen Bildverarbeitung. Ein aufgenommenes digitales Bild wird durch Softwarefunktionen transportiert, angezeigt und gespeichert. Auch die Auswertung digitaler Bilder ist eine Funktion von Software.
Wir beschreiben den Weg eines Bildes in der digitalen Bildverarbeitung und zeigen, an welchen Stellen welche Softwarefunktionen am Werk sind.
Der Weg des Bildes in der Software
An den verschiedenen Schritten von der Aufnahme des Bildes bis hin zum Ergebnis sind unterschiedliche Softwarefunktionen aktiv. Diese sind oft in Bildverarbeitungssuiten wie der pylon Software Suite versteckt.
Bildaufnahme
Schon bei der Vorbereitung der Bildaufnahme spielt die Software eine Rolle. Kameraparameter wie die Dauer der Belichtungszeit oder Gain und Offset werden in der Regel von der Software gesteuert.
In der Kamera selbst werden die ersten Vorverarbeitungsschritte oft nach der Bildaufnahme an den Rohdaten des Sensors durchgeführt. So können beispielsweise Bildverzerrungen korrigiert oder die Eigenschaften des Sensors zu beeinflusst werden. Diese Softwarekomponenten werden als Kamerafirmware bezeichnet.
Bildübertragung
Bilddaten schnell und zuverlässig vom Kamerachip zum Bildverarbeitungsrechner zu übertragen, ist keine triviale Aufgabe. Auch hier spielen Softwarekomponenten eine wichtige Rolle. Sie setzen die Regeln, auch Protokolle genannt, um, nach denen Kamera und Rechner zusammenarbeiten. Ein bekannter Standard für solche Protokolle ist GenICam.
Empfang des Bildes in der Verarbeitungseinheit
Nachdem das Bild im Computer empfangen wurde, überträgt eine Software namens GenTL Producer das Bild an Softwareanwendungen zur weiteren Verarbeitung.
Weiterleitung zur Verarbeitung
Jede Verarbeitungssoftware kann sich über eine Software namens GenTL Consumer mit jedem GenTL Producer verbinden und das Bild zur weiteren Verarbeitung empfangen.
Bildverarbeitung
Anschließend werden in der die Bildverarbeitung die erforderlichen Informationen aus dem Bild extrahiert. Der erste Schritt besteht darin, bestimmte Bildmerkmale, wie z. B. Kanten, hervorzuheben. Außerdem können Schwellwerte angewendet werden. Dies erleichtert das Erkennen, Zählen und Lokalisieren von Objekten auf dem Bild. Manchmal ist es auch notwendig, Objektabmessungen und -abstände oder Bildbereiche präzise zu messen. Solche Funktionen sind z.B. in den pylon vTools, Baslers flexiblen Software Add-ons, enthalten.
Darüber hinaus können neuronale Netze Strukturen auf dem Bild erkennen. Dies ermöglicht Aktionen wie beispielsweise das Einordnen von Objekten oder ganzen Bildern als fehlerhaft oder fehlerfrei. Oft geht es auch darum, Text zu erkennen oder Codes auf einem Bild zu entschlüsseln.
Bildanalyse ist eine anspruchsvolle Aufgabe, die von dem Gerät höchste Geschwindigkeit und Genauigkeit erfordert. Dafür sind sehr effiziente Softwarearchitekturen nötig.
Varianten der Bildverarbeitung
Der Weg des Bildes von der Kamera zum Verarbeitungscomputer, wie er hier beschrieben wurde, kann, je nach Bildverarbeitungssystem, variieren.
Smartkameras
Bei Smartkameras wird das Bild beispielsweise direkt in der Kamera selbst verarbeitet.
Eine Smartkamera zur Barcode-Erkennung überträgt nur den dekodierten Wert des Barcodes an die angeschlossene Verarbeitungseinheit, nicht aber das Bild mit dem Barcode.
Framegrabber
In Hochgeschwindigkeits Vision Systemen wird das Bild oft von speziellen Bildeinzugskarten, sogenannten Framegrabbern, im Verarbeitungscomputer empfangen.
Diese leitungsfähigen Komponenten führen oft auch die ersten Verarbeitungsschritte an den Bilddaten aus, bevor das Bild an den Verarbeitungscomputer weitergeleitet wird. Dadurch werden die Leistungsanforderungen an die nachgeordnete Verarbeitungseinheit gesenkt.
Alternativ kann die gesamte Verarbeitung im Framegrabber stattfinden, beispielsweise eine Bildklassifizierung mithilfe eines neuronalen Netzwerks. Dabei unterstützen VisualApplets, mit denen die Programmierung von FPGAs auf einer grafischen Benutzer-Oberfläche ganz ohne Hardware-Programmierung gelingt. In diesem Fall würde der Framegrabber das Ergebnis der Bildanalyse zusammen mit dem Bild an den Verarbeitungscomputer weiterleiten.
Fazit
Digitale Bildverarbeitung bedeutet Bildverarbeitung durch Software.
Das betrifft die Steuerung des Bildsensors selbst, die Vorverarbeitung der gewonnenen Rohbilddaten, den Transport des Bildes zwischen verschiedenen Subsystemen, und reicht bis hin zur Analyse und Speicherung.
Eine leistungsfähige Bildverarbeitungssoftware ist entscheidend für das Gesamtergebnis eines Bildverarbeitungssystems.
Unsere Basler Software
Die pylon Software Suite bietet Ihnen alles, was Sie zur Inbetriebnahme benötigen: zertifizierte Treiber, leistungsstarke und einfache Programmier-Schnittstellen und praktische Tools zur Kameraeinrichtung. Die pylon vTools ermöglichen zusätzlich die einfache Integration von Bildverarbeitungsfunktionen.
