Visão Computacional. Alessandro L. Koerich. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Universidade Federal do Paraná (UFPR)

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1 Visão Computacional Alessandro L. Koerich Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica Universidade Federal do Paraná (UFPR)

2 Interfaces Câmera PC Analógica, Firewire, GigE, Camera Link, USB

3 Introdução A medida que a resolução das câmeras torna-se maior e as taxas de quadros mais rápidas: demanda por interfaces rápidas Qual a implicação da resolução e taxa de quadros?

4 Introdução Exemplo: câmera com resolução 640 x 480 pixels, 8 bits por pixel e 30 quadros por segundo Tamanho de cada quadro: 640 x 480 x 8 = bits ou bytes

5 Introdução Exemplo: câmera com resolução 640 x 480 pixels, 16 bits por pixel e 30 quadros por segundo Tamanho de cada quadro: 640 x 480 x 16 = bits ou bytes

6 Introdução Exemplo: câmera com resolução 640 x 480 pixels, 24 bits por pixel e 30 quadros por segundo Tamanho de cada quadro: 640 x 480 x 24 = bits ou bytes

7 Introdução Exemplo: câmera com resolução 640 x 480 pixels, 32 bits por pixel e 30 quadros por segundo Tamanho de cada quadro: 640 x 480 x 32 = bits ou bytes

8 Questão? Para transmitir um vídeo com resolução 640x480, 32 bits por pixel e capturado a 30 fps, qual a banda necessária? Tamanho de cada quadro: bits x 30fps = bits/s ou bytes/s ou 35,15Mbytes/s ou 281,25Mbits/s

9 Introdução Logo: Maior Resolução Maior Banda Maior Número de Cores Maior Banda Maior Taxa de Quadros Maior Banda

10 Interfaces As principais opções para câmeras industriais digitais: Gigabit Ethernet (GigE) Camera Link (CL) USB3.0? 10GigE? Outras opções: FireWire (a/b) USB 2.0

11 Interfaces Normalmente, FireWire e USB 2.0 não se prestam para aplicações high-end! Em aplicações onde a distância ao processador é curta, FireWire e USB são as escolhas Em sistemas dispersos em áreas amplas, GigE é a interconexão escolhida.

12 Interfaces A escolha da interface depende: da velocidade da sincronização da geografia. Somente GigE permite longas distâncias em cabos normais (Cat5e ou Cat6)! Camera Link (CL) é mais rápido que qualquer outra interface. Somente CL inclui facilidades para disparo em tempo real (real-time triggering).

13 Firewire 1394a Grande uso com periféricos multimídia como câmeras de vídeo digital, discos rígidos, impressoras. Esta integrado em Power Macs, imac, emacs, PowerBooks, ibooks, e ipod. Opera a até 400 Mbps (1394a) e 800 Mbps (1394b). É uma implementação independente de plataforma. Cabeamento simples, hot swapping.

14 Firewire 1394a Características: Fácil de usar Conectividade de baixo custo Boa definição de padrão Transferência robusta de imagem Interface de software padronizado conhecido como DCAM (IIDC) torna a integração fácil.

15 Camera Link Fácil integração câmera / frame grabber Conectores, cabos, formato de dados e controle de sinal padronizados. Os chipsets Camera Link possuem altas taxas de dados, perfeita para os requisitos de transmissão de imagens atuais e expansível para necessidades futuras.

16 Camera Link Camera Link é direcionada a requisitos de interface ponto-a-ponto e transferência de imagens absolutamente determinística.

17 Camera Link Visão Computacional 2010

18 Camera Link Visão Computacional 2010

19 Comparativo Interfaces Digitais Visão Computacional 2010

20 Comparativo Interfaces Digitais Diversos parâmetros devem ser considerados na seleção de uma interface digital: A taxa de transferência de dados afeta diretamente o número de quadros por segundo que uma câmera é capaz de fornecer, como uma função da resolução da câmera e profundidade dos pixels. Os parâmetros mais importantes são apresentados no quadro a seguir.

21 Comparativo Interfaces Digitais Visão Computacional 2010

22 Comparativo Interfaces Digitais USB 3.0? Começam a surgir alguns produtos baseados nesta nova tecnologia (2010). Intel fornecerá suporte somente a partir de 2011 Características: "SuperSpeed" bus com transferência de 4 Gbit/s. 3.2 Gbit/s (0.4 Gbyte/s ou 400 MByte/s), utilizável. Visão Computacional 2010

23 Placas de Aquisição (Frame Grabber) Muito processamento de imagem envolve o uso de computadores. Placas de captura permite transferir os sinais da câmera em um computador para análise. Para um sinal analógico (NTSC, PAL, YC, etc.), a placa contém um conversor analógico-digital (ADC) para digitalizar o sinal. Outras, possibilitam a visão tempo-real do sinal. Pode-se capturar imagens e salvá-las para futura manipulação e impressão.

24 Placa de Captura Visão Computacional 2010

25 GigE Está se tornando um padrão de interface Amplamente aceita, pois se baseia em uma tecnologia bem estabelecida. Extensão clara para o futuro (10GigE). Contudo, depende também do balanço entre pré-processamento na câmera e processamento central em um computador dedicado com múltiplas câmeras.

26 GigE Utiliza a tecnologia IEEE BASE-T Conexões de até 100 metros No padrão 1000BASE-T são utilizados os quatros pares disponíveis no par trançado, por este motivo que ele consegue transmitir a 1000 Mbps.

27 Pacote GigE Vision

28 Padrão GigE Vision O padrão, que se baseia no UDP/IP, compreende quatro definições principais: 1. Um mecanismo que permite a aplicação detectar e enumerar dispositivos e definir como os dispositivos obtém um endereço IP válido. 2. GigE Vision Control Protocol (GVCP) que permite a configuração dos dispositivos detectados e garante confiabilidade na transmissão. 3. GigE Vision Steaming Protocol (GVSP) que permite as aplicações receber informação dos dispositivos. 4. Registradores Bootstrap que descrevem o dispositivo propriamente dito, ou seja, endereço IP atual, número de série, fabricante, etc.

29 Desempenho GigE Vision GigE Vision utiliza um Network Interface Card (NIC). Entretanto, os fabricantes de NICs fornecem drivers que utilizam IP-stack Windows ou Linux! IP-stack: é sujeito a comportamento imprevisível como atrasos na transferência de dados. Esta limitação é superada por drivers que fazem streaming de dados diretamente na memória a nível de kernel (DMA transfers). O DMA transfer quase elimina qualquer intervenção da CPU crítico quando aplicações em tempo real necessitam de toda a CPU para processar imagens.

30 Desempenho GigE Vision Geralmente temos dois drivers disponibilizados pelos fabricantes de câmeras: Filter Driver: separa os pacotes IP e transfere os pacotes de dados de imagem diretamente para a aplicação. High Performance Driver: separa os pacotes e os transfere diretamente para a aplicação via DMA. Específico para chipsets NIC.

31 Aplicações Múltiplas Câmeras GigE Todos os dispositivos em uma rede compartilham a largura de banda disponível (100Mbytes/s). Quando mais câmeras forem penduradas em uma mesma rede, a taxa de quadros máxima (fps) vai cair. Pode ser utilizado um switch para conectar múltiplas câmeras a um NIC. A banda será compartilhada.

32 Aplicações Múltiplas Câmeras GigE Todos os dispositivos em uma rede compartilham a largura de banda disponível (100Mbytes/s). Quando mais câmeras forem penduradas em uma mesma rede, a taxa de quadros máxima (fps) vai cair. Pode ser utilizado um switch para conectar múltiplas câmeras a um NIC. A banda será compartilhada.

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