Entegre JPEG görüntü sıkıştırma

Entegre JPEG Görüntü Sıkıştırmanın Avantajları

Görüntü sıkıştırmanın doğrudan kamera içinde uygulanması, sistem tasarımı ve esnek, maliyet-etkin kullanım açısından birçok avantaj sunar.

• Düşük bant genişliği: Yüksek sıkıştırma oranı ile iyi görüntü kalitesi, aynı anda yüksek çözünürlük ve kare hızı kullanımı ile düşük bant genişliği sağlar. Örneğin, 300 fps'de tam HD renkli görüntülerin iletimi için GigE'de yaklaşık 100 MB/s yeterlidir.
• Esnek sistem tasarımı: USB'ye kıyasla, çok daha yüksek kare hızı sunarak 100 metreye kadar kablo uzunlukları konusunda daha fazla esneklik sağlar. Bu, GigE anahtarlarının kullanılmasını, PTP üzerinden çoklu kamera senkronizasyonunun uygulanmasını veya 10 kilometreye kadar çok uzun iletim mesafeleri için fiber optik kablo ile 10 GigE uplink kullanımını mümkün kılar.
• CPU yükünün azaltılması: Bilgisayarda renk hesaplama, YCbCr'ye dönüştürme ve görüntü sıkıştırma için CPU yükü oluşmaz. Bu sayede, ana bellek boyutu ve depolama ortamının bant genişliği gereksinimleri önemli ölçüde azaltılır. Azaltılmış depolama alanı gereksinimi, çok daha uzun kayıt sürelerine de olanak tanır.

JPEG görüntü sıkıştırmasının çalışma prensibi

1992 yılında, Ortak Fotoğraf Uzmanları Grubu (JPEG) tarafından ISO/IEC 10918 standardı yayımlandı ve bu standart, özellikle bireysel fotoğrafların sıkıştırılması ve JFIF (JPEG Dosya Değişim Formatı) için kaydetme formatını kapsayan birkaç bölümden oluşur. Bu, en yaygın kullanılan görüntü formatlarından biridir.

Sıkıştırma, birkaç alt adımda gerçekleştirilir. Renkli görüntüler, RGB renk uzayından YCbCr renk modeline dönüştürülür. Bu model, Y (parlaklık) bileşeni ve iki renk bileşeninden (Cb - mavi-sarı krominans ve Cr - kırmızı-yeşil krominans) oluşur. Renk bilgisi, alçak geçiren filtreleme ve alt örnekleme ile azaltılır. Bu işlemde, insan gözünün renkleri parlaklık farklılıklarına göre çok daha düşük çözünürlükte algıladığı gerçeğinden yararlanılır.

Dönüştürmeden sonra, her bir bileşen (Y, Cb ve Cr) 8×8 bloklara bölünür ve ayrık kosinüs dönüşümü (DCT) uygulanır. Asıl veri azaltımı, ardından gelen bir kuantizasyon ile elde edilir. Görüntü sıkıştırmanın son adımı, katsayıların frekansla ilişkili yeniden sıralanması ve bir entropi kodlamasıdır. Yüksek performans için bu işlemler paralel olarak gerçekleştirilebilir.

JPEG sıkıştırması genellikle kayıplıdır, çünkü görüntü kalitesi düşer. Monokrom görüntüler için 5:1 aralığındaki bir sıkıştırma oranı, görsel olarak kayıpsızdır. 10:1 oranında, kalite birçok uygulama için yeterlidir. Ancak, daha yüksek sıkıştırma oranları görüntüde bloklaşma ve kenarlarda basamaklanma gibi güçlü artefaktlara yol açar. RGB renkli görüntüler kullanıldığında, görsel olarak kayıpsız 12:1 veya iyi kalite için 35:1 sıkıştırma oranları kullanılabilir.

LXT Kameralarda Uygulama

JPEG sıkıştırma oranı, “Image Compression Quality” parametresi aracılığıyla %30–100 aralığında esnek bir şekilde yapılandırılabilir ve bu sayede görüntü kalitesinin ilgili uygulamaya göre bireysel olarak ayarlanmasını sağlar.

Monokrom veya renkli 8-bit görüntüler desteklenir. Renkli kameralar için yüksek kaliteli bir renk hesaplaması (kısmen 5×5 ortamında) ve YCbCr422_8'e dönüştürme gerçekleştirilir. JPEG görüntü sıkıştırması, tam sensör performansıyla sıralı olarak gerçekleştirilir ve sıkıştırmadan kaynaklanan ek gecikme ihmal edilebilir düzeydedir. Uygulama, JPEG veri yükü türüne göre GigE Vision 2.0 standardına dayanır. Oluşturulan JPEG akışı, tüm başlıkları içerir ve doğrudan bir JPEG dosyasına kaydedilebilir. JPEG akışındaki zaman damgası ve ROI (İlgi Alanı) pozisyonu da meta verilerde iletilir. Bir önizleme görüntüsü veya orijinal ve JPEG görüntünün paralel iletimi sağlanmaz.

Kullanım örnekleri

JPEG görüntü sıkıştırması, görüntü dizilerinin daha uzun bir süre boyunca gerekli olduğu her yerde kullanılabilir. Özellikle, iletim veya depolama ortamının bant genişliği sınırlıysa ya da PC ek işlemeyi gerçekleştiremiyorsa, örneğin birden fazla kamera için bu sıkıştırma uygundur. Ancak, görüntü kalitesi orijinaline göre biraz azaldığı için, metrologik uygulamalarda kullanımı önerilmez.

Yazılım Desteği

VLXT.JP kameralarının kolay entegrasyonu ve kullanımı için çeşitli yazılım seçenekleri mevcuttur.

• OEM müşteriler: Kameralar kendi uygulamalarınıza entegre edilecekse, Baumer GAPI SDK kullanılabilir. Bu SDK'da, yapılandırma, görüntü alımı ve .jpg dosyası olarak kaydetme gibi işlemler için örnekler bulunur. FFmpeg gibi kütüphanelerle, bireysel görüntülerden doğrudan videolar da oluşturulabilir.
  
• Son kullanıcı: Kameralar doğrudan son kullanıcılar tarafından kullanılıyorsa, Baumer Camera Explorer kullanılabilir. Bu kullanımı kolay grafiksel uygulamada, kameralar yapılandırılabilir ve görüntüler yakalanıp görüntülenebilir. Ana bellekte veya doğrudan sabit diskte yüksek hızlı kayıt, I/O olayı ile tetikleme ve video oluşturma gibi ek işlevler de mevcuttur. LXT.JP kameraları destekleyerek, örneğin iletilen sıkıştırılmış veri akışı doğrudan görselleştirme için çözülebilir veya .jpg dosyası olarak kaydedilebilir. Camera Explorer, yüksek hızlı dizilerin USB sabit diske doğrudan kaydedilmesi için uzun süreli kayıtları mümkün kılar.
  
• Video kayıtları için üçüncü taraf yazılım: NorPix, dijital video kaydı için yazılım ve çözümler sunar. StreamPix veya TroublePix paketleri ile bir veya daha fazla kamera yüksek hızlı diziler için kullanılabilir. Tipik uygulama alanları, endüstriyel ortamlarda makinelerin ve sistemlerin hata analizi ile ilgilidir. Örneğin, Baumer VLXT-06M.I.JP kameralar üretim tesislerini izlemek için kullanılır. 800×600 çözünürlükte 1500 fps'ye kadar hızlarıyla çok yüksek mekansal ve zamansal çözünürlük sağlarlar. JPEG sıkıştırma sayesinde 189 saatlik çok uzun bir kayıt süresi de elde edilebilir.
  
• Hareket analizi için üçüncü taraf yazılım: CONTEMPLAS GmbH'nin TEMPLO hareket analizi yazılımı, sağlık ve spor sektöründe hareket ve duruş analizleri yapmayı sağlar. Donanım ve yazılımdan oluşan sistem çözümü, profesyonel son kullanıcıları hedefler ve dünya çapında dağıtılır ve kullanılır. Örneğin, Baumer'in VLXT-31C.I.JP 3 MP renkli kamerası, yüzme ve hentbol gibi yüksek performanslı sporların analizleri için tam HD'de 300 fps'ye kadar kare hızları sunar.
• Spor sektöründe video analizi için üçüncü taraf yazılım: Kinovea, nesne takibi veya hız ve açının çeşitli araçlarla ölçülmesi gibi işlemleri sağlar. Ücretsiz açık kaynaklı bir çözüm olarak, üniversite ortamında ve amatör sporlarda kullanılır. Baumer'in VLXT.JP kameraları doğrudan entegre edilmiştir ve çok yüksek performans, kolay senkronizasyon ve mükemmel dayanıklılık sağlar.