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Bildverarbeitungsrechner

Die Auswahl der besten Komponenten ist für die Leistung und Langzeitstabilität bei einem Bildverarbeitungssystem besonders wichtig, da ein System typischerweise große Datenmengen, hauptsächlich Kamerabilder, in schneller Folge verarbeiten muss.

Nicht alle PC-Systeme sind für diese Aufgaben gleich gut geeignet und Standardcomputer werden in der Regel keinen Stresstests unter kontinuierlichem Datendurchsatz unterzogen. Abgesehen von der Auswahl der richtigen Schnittstelle, mit der wir uns im Kapitel Bilderfassung im Detail befasst haben, sollten Sie vor der Entscheidung für einen PC folgende Fragen beantworten:

  • Wie hoch ist die maximal erforderliche Datenrate des Systems?
    • Zahl der Kameras / Bildgröße / Bildrate?
    • Erforderliche Speicherbandbreite?
  • Wie viele Bilder müssen für den sofortigen Zugriff im Speicher zur Verfügung stehen?
    • Erforderliche Speichergröße?
  • Muss das System diese Daten mit der gleichen Geschwindigkeit verarbeiten?
    • Kombination von Geschwindigkeit / Zahl der Prozessoren / Speicherbandbreite?
  • Müssen alle Daten auf Festplatte aufgezeichnet werden?
    • RAID: Festplattenkonfiguration und Datenrate?
  • Welche Hardwareredundanz ist erforderlich, um die Datenintegrität zu sichern?
    • RAID: Festplattenspiegelung, redundante Stromversorgung?
  • Ist die Software so ausgelegt, dass sie Multiprozessor- und Multicore-Systeme unterstützt?
    • Zahl der Prozessoren und der unterschiedlichen Konfigurationen?
  • Welche Zuverlässigkeitswerte (MTBF) müssen erreicht werden?
    • Betrachtung des PC-Aufbaus inklusive Verkabelung oder Solid State Disks
  • Wie sehen die Umgebungsbedingungen am Einsatzort hinsichtlich Temperatur, Vibrationen etc. aus?
  • Geplanter Produktionsstart / Lebensdauer?
    • Technologische Überalterung der Komponenten, Liefersicherheit?
  • Mechanische Faktoren?
    • Gehäusegröße und Design?
  • Umweltaspekte?
    • Bleifrei, PC-Lüfter/Filter, elektrische Störungen, EMV etc.?

Auswahl des Gehäuses

Je nach Umgebung muss ein Rechner bestimmten Anforderungen entsprechen. Wird ein System etwa im rauen, industriellen Umfeld verwendet, muss es verständlicherweise andere Voraussetzungen mitbringen, als wenn es z.B. in einem Reinraum zum Einsatz kommt. Für bestimmte Umgebungen ist beispielsweise extreme Rüttel- und Vibrationsfestigkeit gefragt, so etwa beim Einsatz in Fahrzeugen.

Andere Bildverarbeitungsapplikationen verlangen nach hoher Temperaturbeständigkeit (z.B. Verkehrsüberwachung bei Minus- und Plusgraden). Die gleichen Anforderungen bestehen natürlich auch an das Innenleben des Bildverarbeitungssystems.

Auswahl des Prozessors

Es stehen verschiedenste PC-Prozessorkonfigurationen in den unterschiedlichsten Leistungsstufen zur Verfügung. Im Gegensatz zu anderen Anwendungen sind für die Bildverarbeitung neben der Geschwindigkeit auch weitere Faktoren bei der Auswahl des richtigen Prozessors wichtig. Allgemein können die geeigneten Prozessoren in drei Anwendungsbereiche aufgeteilt werden:

Intel Core i7

  • Workstation: Intel Core i7/i5

  • Mobil: Intel Atom & ULV Core i5 & i7

  • Server: Intel Xeon

Workstationprozessoren finden in der Regel Einsatz in Standardbildverarbeitungssystemen, während mobile Prozessoren aufgrund ihres niedrigen Strombedarfs häufig in Embedded-Lösungen eingesetzt werden. Für die anspruchsvollsten Aufgaben, die mehrere Prozessoren oder hohe Datendurchsatzraten benötigen, werden oft Serverprozessoren eingesetzt, da diese in der Regel mehr Speicherschnittstellen beinhalten und ein höherer Datenstrom möglich ist.

Moores Gesetz lautet: Die Leistungsfähigkeit von Prozessoren verdoppelt sich alle 2 Jahre. Aufgrund dessen ist es nun möglich, Anwendungen, die vor 5 Jahren noch Serverbasierte Lösungen benötigten, mit einem lüfterlosen Kompakt-PC mit Low-Power-Prozessoren zu realisieren. Aufgrund der Innovationszyklen im Bereich von PC-Chipsets haben Prozessoren, die für normale Computeranwendungen benutzt werden, ziemlich kurze Lebenszyklen. Dies steht im Widerspruch zu den Anforderungen an industrielle Systeme, die Langzeitverfügbarkeit und Support benötigen. Daher haben Hersteller wie Intel für ihre Embedded-Linien einige spezielle Prozessor-Chipsets ausgewählt. Diese sind zu leicht erhöhten Kosten dann langfristig verfügbar.

Anzahl der Cores und Prozessoren

In vielen Fällen befinden sich auf einem einzelnen Chip zwei oder mehr Prozessoren, die es ermöglichen, auf jedem Prozessor unterschiedliche Aufgaben oder Anwendungen auszuführen. In der Theorie wird dadurch die Leistungsfähigkeit des PCs im Vergleich zu Single-Prozessorrechnern verdoppelt. Dies ist jedoch nur dann für die Bildverarbeitung von Vorteil, wenn die Software Multithreading unterstützt. Mehrkernprozessoren sind eine praktische Alternative zur Verwendung von zwei separaten Serverprozessoren wie dem Intel Xeon.

Server-Motherboard

In der Regel unterstützen Server-Motherboard-Designs vier Prozessoren mit 16 und mehr Cores. Die Zahl der Cores und die verfügbare Speicherbandbreite steigen kontinuierlich an. Inzwischen stehen Octo-Cores(8-fach)-Prozessoren zur Verfügung, weitere Entwicklungen werden erwartet.

Vergleich typischer Leistungswerte

Angesichts der Vielzahl neuer Prozessoren und Architekturen auf dem Markt müssen zahlreiche Faktoren bei der Auswahl des richtigen Prozessors berücksichtigt werden. Das nachfolgende Diagramm soll einen schnellen Überblick über die relative Leistung der einzelnen Prozessoren ermöglichen. Es gilt jedoch immer zu beachten, dass unterschiedliche Algorithmen die Prozessoren unterschiedlich auslasten.

Vergleich typischer Leistungswerte

Diese CPU Benchmark-Werte verwenden PassMark®-Ratings. Wie bei allen Benchmarks sind die Resultate nicht umfassend, da viele Faktoren das Ergebnis beeinflussen können. Die Werte bieten aber dennoch eine gute Vergleichsmöglichkeit. Den Zuwachs in der Performance verdeutlicht folgender Vergleich: Die heute gängigen Einstiegsprozessoren auf Embedded/ATOM-Basis liefern die gleiche Rechenleistung wie ein Mittelklasse Desktop-Computer aus 2006, benötigen jedoch weniger Strom und keinen Lüfter.