Aktualności

Nowości produktowe2015 Field Programmable Gate Array (FPGA) w wizyjnych aplikacjach przemysłowych

Field Programmable Gate Array (FPGA) w wizyjnych aplikacjach przemysłowychkliknij na zdjęcie aby powiększyć

Optymalizacja aplikacji za pomocą wstępnej analizy obrazu (IPP)

Idealny system wizyjny to taki, który uzyskuje dany wynik zgodnie z interpretacją parametrów obliczeniowych zaprogramowanych przez człowieka. Tylko wtedy analiza obrazu jest wykonana prawidłowo, a kluczowym czynnikiem sukcesu jest możliwość pozyskania informacji zawartych w obrazie. Wstępna obróbka obrazu (IPP – Image Pre-Processing) ma za zadanie wzmocnić informacje użyteczne i pożądane przez użytkownika. Pozyskany obraz jest porównywany z wzorcowym za pomocą ściśle określonych cech (na przykład zmianę jasności lub zakres skali szarości). Proces również ułatwia zdolność do określenia, czy dana cecha inspekcji jest poprawna, zgodna z wymiarami lub we właściwej pozycji. Użytkownikom IPP chcielibyśmy pokazać potencjał tej nowej technologii oraz jakie funkcjonalne cechy można uzyskać w czasie tworzenia aplikacji za pośrednictwem wstępnego przetwarzania obrazu.

  •          Przewaga IPP nad konwencjonalnymi metodami poprawy jakości obrazu

Korzystanie z FPGA pozwala na wyeliminowanie lub skorygowanie zakłóceń wynikających ze złych warunków oświetlenia, odbarwień i zniekształceń optycznych. IPP rozpoznaje niedoskonałości obrazu i umożliwia ich edycję tak, aby były widoczne dla systemu, ostatecznie zwiększając wartość informacyjną obrazu a zmniejszając jego wielkość fizyczną.

 

  •          Możliwość przyspieszenia procesu obliczeniowego oraz zwiększenia wydajności aplikacji

Przetwarzanie obrazu w czasie rzeczywistym jest warunkiem koniecznym do osiągnięcia możliwie najkrótszego cyklu kontroli w procesach produkcyjnych. Długość czasu kontroli produktu jest bezpośrednio ograniczona przez czas cyklu maszyny. Kiedy mamy do czynienia ze skomplikowanymi aplikacjami nawet wysoko wydajne komputery mogą bardzo szybko osiągnąć swoje maksymalne moce obliczeniowe. Za pomocą FPGA najbardziej skomplikowane algorytmy mogą być przetwarzane w czasie rzeczywistym. W ten sposób wynik osiąga się w jak najkrótszym czasie.

 

  •          Zastosowanie FPGA w ideologii Industry 4.0 

Odejście od scentralizowanych, niepowiązanych architektur systemowych na rzecz Industry  4.0, to wprowadzanie innowacji w dziedzinie przemysłowego przetwarzania i analizy obrazu. Celem jest stworzenie zdecentralizowanych, powiązanych ze sobą architektur aplikacji, które charakteryzują się standaryzacją sprzętu i oprogramowania. Dzięki interfejsom GigE Vision i USB3.0 Vision otrzymujemy bezproblemową integrację kamer, co pozwala na rozwijanie systemów wizyjnych.

 

  •          Możliwość indywidualnego programowania kamery – Koncepcja „Open Camera”

Konkretne zadania wymagają indywidualnych rozwiązań podczas przetwarzania obrazu. Koncepcja otwartej kamery  umożliwia integratorom systemów wizyjnych i konstruktorom maszyn opracowanie i wykorzystanie własnych konfiguracji. Kod źródłowy takich rozwiązań może być chroniony w kamerze, a newralgiczne dane obróbki obrazu są szyfrowane za pomocą algorytmów stworzonych przez producenta danego systemu. Dzięki tej funkcji użytkownicy kamery mogą wykorzystać posiadaną wiedzę tworząc innowacyjny projekt w oparciu o FPGA.

 

Koncepcja i implementacja aplikacji

Przetwarzanie obrazu składa się z akwizycji obrazu, analizy i przekazywania decyzji przez cyfrowe porty I/O lub protokoły komunikacyjne w celu wykonywania zadań. Przejęcie obrazu polega na lokalizowaniu, liczeniu, wykrywaniu i pomiarze obiektów w zakresie czujnika obrazu. Popularne aplikacje wymagające dużej mocy obliczeniowej takie jak OCR, rozpoznawanie wzorców, funkcje ekstrakcji, obecności lub braku przedmiotów. Wykonanie powyższych analiz wymaga od systemu skomplikowanych i czasochłonnych obliczeń, które powodują, że system przestaje spełniać wymagania czasowe kreślone przez cykl maszynowy.

Rozwiązaniem dla tego problemu może być wykonanie IPP z poziomu kamery. Dzięki wykorzystaniu FPGA aplikacje mogą działać skuteczniej niż w przypadku konwencjonalnej metody podziału zadań pomiędzy kamerą a komputerem. FPGA może wykonywać przetwarzanie obrazów w czasie rzeczywistym przy minimalnym opóźnieniu. Jest też odpowiedzialne za obliczenia, które determinują  graficzne funkcje wstępnego przetwarzania obrazu. Po wykonaniu analizy IPP dane przesyłane są do komputera, a na podstawie wyselekcjonowanych cech są podejmowane decyzje systemowe. W ten sposób otrzymujemy możliwie najkrótszy czas kontroli produktu przez system wizyjny.

Kontrola jakości produktów w przemyśle spożywczym – na podstawie kamer firmy NET

Analiza kolorów w czasie rzeczywistym ma kluczowe znaczenie w aplikacjach dla sektoru spożywczego. Pomiary gradientu kolorów mogą być szczególnie problematyczne, gdy pojawiają się tylko drobne ich odchylenia w polu widzenia kamery, a zmiany koloru są wykrywane przy dużej prędkości.

Firma NET opracowała aplikację, która za każdym razem wykonuje wstępną analizę obrazu w czasie rzeczywistym, dzięki czemu system otrzymuje obraz z poprawnie zdefiniowanym gradientem koloru. To pozwala na wykrycie najmniejszych odchyleń kolorów od normy. Produkty spożywcze, których kolor znajduje się poza określoną wartością są odrzucane w możliwie najkrótszym czasie cyklu kontroli.