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Erfolgreich neue Wege beschreiten

Die Verlagerung der Bildvorverarbeitung vom PC in den Kamera-FPGA bietet viele Vorteile zur Durchsatz-steigerung oder Systemkostenreduzierung. Für viele Endanwender ist die klassische FPGA-Programmierung jedoch oft zu komplex, langwierig und zu teuer. Die LX-VisualApplets-Kameras bieten einen innovativen Lösungsansatz, um Teile der Bildverarbeitung direkt im Kamera-FPGA auszuführen.

 

FPGAs (Field Programmable Gate Arrays) kommen in Industriekameras oft als zentrale Verarbeitungskomponente zur Sensoransteuerung und -korrektur, zur einfachen Bildverarbeitung sowie zur Ansteuerung der Datenausgabe-Interfaces und Digital-I/Os zum Einsatz. Sie sind vielseitig programmierbar, sehr leistungsfähig und stellen mit jeder neuen Generation mehr Verarbeitungsressourcen mit höherer Leistung und Energieeffizienz bereit.

Es ist also naheliegend, diese Technologie auch für aufwendigere Bildverarbeitungsaufgaben bereits in der Kamera zu nutzen, um den gestiegenen Anforderungen an Auflösung, Qualität, Bildrate und Zuverlässigkeit ohne Veränderungen am Systemaufbau zu begegnen bzw. Eigenentwicklungen zu umgehen. An diesem Punkt setzen die GigE-Vision-LX-Kameras mit VisualApplets-Technologie an. Sie erlauben eine applikationsspezifische Bildvorverarbeitung direkt auf dem FPGA der Kamera und setzen dafür die grafische Programmierumgebung VisualApplets von Silicon Software ein.

Mit VisualApplets Bildverarbeitungsaufgaben einfach umsetzen

Mit den LX-VisualApplets-Kameras können Softwareentwickler Bildverarbeitungsaufgaben, jenseits komplexer und teurer FPGA-Programmierung mit Hardwarebeschreibungssprachen wie VHDL, einfach umsetzen. Dazu stehen in den Kameras umfangreiche FPGA- und Speicherressourcen zur Verfügung. Die funktionale Beschreibung findet auf Basis grafischer Blockdiagramme statt. Die eingebundenen Operatorbibliotheken decken wesentliche Funktionen der Bildverarbeitung ab.

Über eine Simulation lässt sich das visuelle Bearbeitungsergebnis an jedem Punkt des Designs berechnen und anzeigen. Umfangreiche Kontrollmechanismen helfen den Entwicklern dabei, ein synthetisierbares Design mit deterministischem Verhalten zu erzeugen. Aufgrund des hohen Funktionsumfangs und der intuitiven Bedienung lassen sich auch komplexe Aufgaben einfach, schnell und ohne VHDL-Programmierung realisieren.

Vorteile bei der Auswertung

Die LX-VisualApplets-Kameras kann man für vielfältige Vorverarbeitungsaufgaben einsetzen. Schwerpunkte liegen in der Bildverbesserung, Datenreduktion oder Prozessüberwachung. Ausserdem lassen sich komplexe Steueraufgaben über die digitalen I/O-Schnittstellen effizient umsetzen. Beispiele für die Bildverbesserung sind die Mittelwertbildung über mehrere Bilder zur Rauschreduktion oder die Verrechnung mehrerer Bilder mit unterschiedlicher Belichtungszeit für HDR-Aufnahmen. Nach solch einer Bildvorverarbeitung erfolgt die anschliessende PC-Auswertung deutlich einfacher und robuster. Dank der Datenreduktion in der Kamera, wie sie häufig bei der 3D-Bildverarbeitung – wie bei der Ermittlung von Profildaten der Lasertriangulation – vorkommt, lässt sich die zu übertragende und auszuwertende Datenmenge reduzieren. Dadurch können oft günstigere Schnittstellen wie GigE mit hoher Flexibilität bei der Kabellänge eingesetzt werden. Gleichzeitig sinken die Anforderungen an den PC, da durch den Einsatz von günstigeren oder auch von weniger Geräten die Systemkosten reduziert werden können.

Ansteuerung von Aktoren ist über den FPGA sehr präzise umsetzbar

Prozessüberwachungsaufgaben rücken immer dann in den Vordergrund, wenn man wie beim Laserschweissen sehr schnelle Prozesse überwachen und steuern muss. Hier kommen das deterministische Verhalten und die hohe Rechenleistung des FPGAs zum Tragen, um die Regelzeit zu reduzieren. Ähnlich hohe Echtzeitanforderungen stellt zum Beispiel die Verfolgung von Augenpositionen in der Ophthalmologie.

Die Auswertung von Sensoren oder die Ansteuerung von Aktoren ist über den FPGA sehr präzise umsetzbar. Dies ist zum Beispiel bei Track&Trace-Applikationen wichtig, bei denen Objekte per Lichtschranke erfasst, per Encoder auf einem Band verfolgt und nach der Bildauswertung sortiert werden müssen. Aber auch spezielle Steuerungen für Trigger oder Beleuchtung sind mit den LX-VisualApplets-Kameras flexibel realisierbar.

Integrierte Bildvorverarbeitung: Die Mehrwerte im Blick

Bildvorverarbeitung in der Kamera verbessert die Applikationsperformance, beschleunigt rechenintensive Algorithmen durch Abarbeitung auf dem FPGA und erhöht die Genauigkeit und Robustheit der Bildauswertung dank komplexerer Algorithmen. Durch die Integration von VisualApplets können auch Endanwender ohne tiefgreifende FPGA-Programmierkenntnisse Algorithmen realisieren, um vielfältige, anspruchsvolle Aufgaben effizient selbst zu lösen, die bisher kundenspezifischen Entwicklungen vorbehalten waren. 

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