Lexikon der Bildverarbeitung: Framegrabber
Der Framegrabber (dt.Bilderfassungskarte) ist ein Rechner-Board, das die verlustfreie Datenübertragung von Kamera(s) zum Rechner sichert. Aktuelle Grabber stellen dazu digitale Kamerainterfaces und Spannungsversorgung Power over … für verschiedene Kameratypen bereit.
Beim CoaXPress-over-Fiber Framegrabber Coaxlink QSFP+ von Euresys kann über einen Port und optische Kabel bis zu 40Gbps an daten übertragen werden. (Bild: Euresys)
Einige Kameratypen können nur mit Framegrabbern betrieben werden (z.B. Camera Link, CoaxPress). In Zeiten analoger Kameras erledigten Grabber zusätzlich die Abtrennung der Bildsteuersignale und die Digitalisierung der Bilddaten. Die Bilddaten von der Kamera werden gepuffert und per Direct Memory Access (DMA) über PCI-(Express-)Lanes in den PC-Speicher übertragen. So lassen sich schnell große Datenmengen ohne Prozessorlast für die CPU des PCs übertragen. Typischerweise arbeiten im Grabber auf dem Weg zwischen Kamera und PC spezielle Vision-Hochleistungsprozessoren. Der Datenstrom wird parallelisiert und zu Vision-Prozessoren (DPS, RISC, FPGA) geleitet. Dort werden aufwändige Algorithmen (Faltung, KI, Grafik) in Parallelverarbeitung besonders effektiv gerechnet – schneller als im PC möglich und ohne jede PC-CPU-Last. Framegrabber sind somit spezialisierte Hochleistungsrechner innerhalb eines PCs. Diesen Vorteil nutzt spezielle Bildverarbeitungssoftware, die durch hardwarenahe Programmierung (z.B. C++) besonders gut auf die die Hardwareressourcen des Grabbers zugreifen kann. Wesentliche Vorteile von Framegrabbern sind geringe Latenzzeiten, schneller robuster Bildeinzug und verzögerungsarme Prozess-Echtzeit-Synchronisation mit der Peripherie des Bildverarbeitungsrechners, wie Kameras, Beleuchtungen, Lichtschranken, Encoder usw. Direkt ansteuer-/auswertbare digitale I/O-Steuersignale (Trigger, Exposure out, Pixelclock, Encoder) erweitern die Funktion und ermöglichen die Reihenschaltung von Grabber, Triggern oder Peripheriegeräten. Etliche Vorverarbeitungsfunktionen, die ursprünglich Framegrabber übernommen hatten, können heute bereits in digitalen Kameras realisiert werden (Farbkonvertierung, ADU, Frame-Buffering, Look-up-Tabellen für Shading Korrektur, Verzeichnungskorrektur). Ebenso sind PCs mittlerweile standardmäßig mit leistungsfähigen Schnittstellen wie 10GigE, USB3-Vision ausgerüstet. Das verringert bei einfachen Anwendungen zunehmend den Einsatz der Produkte. Dennoch werden Framegrabber heute noch verbreitet bei bestimmten Appilationen eingesetzt.
