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Immer einen Schritt voraus

FPGA-Grabber zur Bildvorverarbeitung ohne CPU-Belastung

21. Mai 2014

Silicon Software stellt mit seinen neuen Frame Grabbern microEnable 5 AD8-PoCL und microEnable 5 VD8-PoCL zwei leistungsstarke Bilderfassungskarten vor, die mit ihrer FPGA-Technologie für eine hochparallele Bearbeitung großer Datenmengen prädestiniert sind.

Bis zu 850 Megabyte/s lassen sich nach der aktuellen Version der CameraLink- Spezifikation von einer Kamera auf den angeschlossenen Frame Grabber übertragen. Damit und aufgrund der stabilen parallelen Datenübertragung ist CameraLink noch immer eine sehr zuverlässige und robuste Technologie für den industriellen Einsatz.

Speziell für Farbbildverarbeitung

Insbesondere in Anwendungen, bei denen eine Farbbildverarbeitung zum Einsatz kommt, wird diese hohe Bandbreite oft auch benötigt, denn die Color-Varianten vieler Kameras arbeiten mit einer Farbrekonstruktion von Monochrompixeln auf Basis von Bayer-Filtern. Damit ist eine Rekonstruktion der Originalfarben möglich, was zum Teil jedoch sehr aufwändige Algorithmen erfordert. Die Bandbreite der Bilddaten steigt dabei bis zum Dreifachen an, da aus einem oder mehreren Monochrompixeln ein Farbpixel errechnet wird.

Für eine CameraLink-Anwendung mit Kamera und Frame Grabber gibt es hier zwei Optionen: Monochrome Bilddaten können zwischen Kamera und Framegrabber übertragen und dann in der CPU des Host-PC offline in Farbdaten umgerechnet werden, was zeitaufwändig und wenig industrietauglich ist. Die bessere Alternative: Die Kamera überträgt monochrome Bilddaten zum Frame Grabber, der diese Daten in Farbwerte latenzfrei und ohne die CPU zu belasten umrechnet und dann als RGB-Daten mit einer bis zu dreifach höheren Datenrate zum Host-PC zur dortigen einfacheren Datenauswertung transferiert.

FPGA-Technologie

Bei den derzeit schnellsten Kameras müssen dabei bis zu 2,55 GB/s Bilddaten rekonstruiert und übertragen werden. Moderne Frame Grabber setzen hierfür auf die FPGA-Technologie, die für eine hochparallele Bearbeitung großer Datenmengen prädestiniert ist. Die Ressourcen des FPGA-Prozessors sind dabei entscheidend für den Grad der Parallelität und somit für die Bandbreite der Verarbeitung, aber auch für die algorithmische Komplexität des Designs und somit die Qualität der Farbrekonstruktion.

Für diese Aufgabenstellung hat Silicon Software seine intelligenten Frame Grabber der microEnable 5-Serie für CameraLink weiterentwickelt und die Modelle microEnable 5 AD8-PoCL und VD8-PoCL vorgestellt. Neben einem Anschluss für die Full Configuration von CameraLink verfügen diese Modelle über einen Hochleistungs-FPGA-Prozessor der Xilinx Virtex 6-Reihe, einen Speicher von bis zu 1 GByte und eine PCI Express x8 Generation-2-Schnittstelle zum Host-PC, der über die DMA3600-Technologie eine Bandbreite von 3,6 GB/s bereitstellt. Damit kann die komplette Bandbreite einer Hochgeschwindigkeitskamera gewandelt und sicher übertragen werden. Eine Analysesoftware, die auf dem Host-PC weitere Berechnungen durchführt, wird durch die damit ermöglichte Vorverarbeitung auf dem Framegrabber entlastet.

Mit dieser leistungsfähigen Technologie ermöglichen die Silicon Software- Bilderfassungskarten zahlreiche Anwendungen mit Farbverarbeitung in verschiedensten Industriebereichen wie z.B. der Druckindustrie, im Bereich Nahrung und Agrartechnik, bei der Inspektion von Farbfolien für Flachbildschirme, in der Leiterplatten-, Halbleiter und Elektronikinspektion oder auch bei der Prüfung von Endlosmaterial und Oberflächen. Auch im Bereich Highspeed-Recording profitieren Anwendungen von der integrierten Farbverarbeitung und einer höheren Ausgabegeschwindigkeit, die bei einer FullHD-Auflösung eine Bildrate von bis zu 425 Bildern/s erreichen kann.

Individuelle Farbverarbeitung für Echtzeitanwendungen

Während die Karte microEnable 5 AD8-PoCL speziell für die Bildaufnahme und Bildvorverarbeitung konzipiert wurde, kann der FPGA der microEnable 5 VD8-PoCL für Echtzeitbildverarbeitung eingesetzt werden. Die Programmierung findet über die grafische Umgebung VisualApplets von Silicon Software statt. Die dort mitgelieferten Bibliotheken umfassen Funktionsoperatoren, die eine individuelle Farbverarbeitung für Echtzeitanwendungen ermöglichen. Auf Basis dieser fortschrittlichen Technologien ist Farbverarbeitung heute kein Hexenwerk mehr.

Die Bilderfassungskarten der microEnable 5-Reihe eignen sich für den Einsatz mit allen CameraLink-Zeilen- und Flächenkameras aus dem Angebot von STEMMER IMAGING wie z.B. den Piranha 4- und Linea-Modellen von Teledyne DALSA, der JAI Spark SP-20000C oder den Vieworks-Kameras VC-12MC und VC-25MC. In Kombination mit der Softwareumgebung Common Vision Blox entfalten diese Frame Grabber ihr volles Potential.

Silicon Software

Mannheim, Germany

Die Silicon Software GmbH wurde 1997 mit Sitz in Mannheim gegründet. Das Unternehmen bietet mit seinen Hard- und Software- Entwicklungen auf höchstem technologischen Niveau nicht nur Standard- und OEM-Produkte, sondern auch hochflexible Lösungen, mit denen Sie schnell auf wechselnde Anforderungen reagieren können.

Silicon Software microEnable 5 - Frame Grabber mit Hochgeschwindigkeitsschnittstellen
  • Frame Grabber für anspruchsvolle Bildverarbeitungsaufgaben mit hoher Auflösung und hoher Bildfrequenz
  • CoaXPress, CameraLink- und CameraLink HS-Schnittstelle
  • Eingebaute Vorverarbeitung reduziert Datenmenge und Prozessorlast