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Platinenkameras Neue Leistungsklasse für die OEM-Bildverarbeitung

| Redakteur: Dipl. -Ing. Ines Stotz

Mit einer neuen Produktkategorie sorgt das Bildverarbeitungs-Unternehmen Vision Components für Aufmerksamkeit in der OEM-Branche: Die intelligente Platinenkamera, zu der außer der CCD-Kamera-Elektronik ein kompletter Rechner mit 3200 MIPS starkem DSP, Bildspeicher und Ethernetschnittstelle gehört. Damit lässt sie sich für Aufgaben einsetzen, die bislang nur größere und teurere PC-Systeme mit Framegrabbern und Industriekameras lösen konnten.

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Das OEM-Smart-Kamera-Modul SBC4018 eignet sich für anspruchsvolle Anwendungen industrieller Bildverarbeitung.
Das OEM-Smart-Kamera-Modul SBC4018 eignet sich für anspruchsvolle Anwendungen industrieller Bildverarbeitung.
( Archiv: Vogel Business Media )

Das Lesen eines zweidimensionalen Matrixcodes in einer Verpackungsmaschine, die dreidimensionale präzise Vermessung von Fahrzeugen sowie die Vermessung von Passermarken in der Druck- und Elektronikindustrie gehören zu den inzwischen zahlreichen industrielle Serienanwendungen, bei denen zunehmend intelligente Bildsensorik eingesetzt wird. „Die Verwendung eines PC-Systems mit Framegrabber und Industriekamera ist hier oft zu aufwendig, nicht zuverlässig genug oder scheidet aus Kostengründen aus“, schätzt Michael Engel ein, Inhaber und Geschäftsführer von Vision Components.

Für solche Anwendungen entwickelt das Ettlinger Unternehmen intelligente Kameras, mit denen der Anwender durch entsprechende Programmierung selbst komplexe Bildverarbeitungs-Aufgaben schnell und zuverlässig realisieren kann.

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Äußerlich unterscheiden sich die kompakten Systeme kaum von einer einfachen Industriekamera ohne Intelligenz, enthalten aber zusätzlich zur eigentlichen Kameraelektronik einen kompletten Rechner mit schnellem digitalem Signalprozessor (DSP), Bildspeicher, Programm- und Datenspeicher sowie Framegrabber zur Bildaufnahme. Zudem sind alle nötigen Schnittstellen zur Kommunikation, wie Ethernet, aber auch industrietaugliche 24V-Schnittstellen zum Anschluss von SPSen oder Pneumatikventilen vorhanden.

OEM Smart-Kamera-Modul

Für OEM-Kunden bietet VC die Elektronik der Smart-Kameras jetzt als preiswertes Platinenmodul SBC4018 mit einer Grundfläche von 80 x 60 mm. Die zugehörigen CCD-Bildsensoren von Sony sind in den Auflösungen 640 x 480 und 1024 x 768 in Schwarz-Weiß oder in Farbe erhältlich. Montiert sind sie auf einem separaten kleinen Kameramodul, das über ein Flexkabel bis 200 mm absetzbar ist. Zur Anbringung der Optik gibt es alternativ Präzisions-CMOUNT-Linsenhalter aus gefrästem Aluminium oder einen Kunststoff-Linsenhalter für Low-Cost-Objektive mit 12 mm Durchmesser.

Schnelles Programm

Der 3200 MIPS starke Prozessor von Texas Instruments hat eine interne CPU, die mit 400 MHz getaktet wird und acht Instruktionen gleichzeitig ausführt. Das beschleunigt den Speicherzugriff und damit die Programmausführung erheblich. Außerdem enthält der DSP zusätzlich einen schnellen, programmierbaren DMA-Controller, der für die Bildaufnahme und die Ethernet-Kommunikation verwendet wird.

Als Hauptspeicher für Programme, Daten und Bilder dient ein SDRAM mit 32 MByte. Der nichtflüchtige Speicher für Programme und Daten ist ein 4 MByte großes Flash-Eprom, das über ein Filesystem verwaltet wird.

Schnittstellen-Vielfalt

Um mit anderen Systemen zu kommunizieren, steht 10/100 MBit-Ethernet zur Verfügung, über das auch das Modul programmiert werden kann. Die Besonderheit eines solchen Systems: Es erledigt die Bildauswertung völlig autonom ohne PC. Zudem lässt sich über die Ethernet-Schnittstelle auch ein Live-Bild, beispielsweise zur visuellen Kontrolle, an einen PC schicken.

Als weitere Schnittstellen gibt es zwei 24V-Eingänge und vier 24V-Ausgänge zum direkten Anschluss. Die Ausgänge können dabei bis 400 mA belastet werden und zum Beispiel induktive Lasten wie Pneumatikventile ansteuern.

Auch um eigene Elektronik einzubinden, gibt es für den Anwender per Pfosten-Verbinder eine parallele Schnittstelle mit LVTTL-Signalen. Hinzu kommen weitere Signale, wie der externe Bildtrigger-Eingang und ein Blitz-Synchronisations-Ausgang, mit dem sich ein externer Blitz (z.B. per LED) exakt mit der Bildaufnahme synchronisieren lässt.

Die Stromaufnahme des Moduls ist mit insgesamt 2,4 Watt gering, PC-Systeme dagegen verbrauchen ein Vielfaches dieser Leistung. So kann das Modul, beispielsweise über Akku-Betrieb, auch mobil eingesetzt werden.

Jitterfreie Bildaufnahme im Parallelbetrieb

Die Bildaufnahme kann intern oder extern getriggert erfolgen. Bei der externen Variante ist es für viele Anwendungen von Vorteil, dass die Triggerung ohne Jitter, d.h. ohne variable Zeitverzögerung erfolgt. Für extrem schnelle Vorgänge ist es möglich, ein Bild parallel zur Belichtung des folgenden Bildes abzuspeichern. Die Auswertung eines bereits vorher aufgenommenen Bildes kann ebenfalls parallel erfolgen, sodass sich die maximal mögliche Bildfrequenz von 32 Bildern pro Sekunde auch in der Praxis erzielen lässt. Weitere Funktionen unterstützen die Parallelverarbeitung, so bekommt beispielsweise jedes aufgenommene Bild eine laufende Nummer und einen Zeitstempel zugeteilt.

Ein Echtzeitbetriebs-System für alle Fälle

Alle Funktionen des Boards werden vom Echtzeitbetriebs-System VC/RT gesteuert, das über alle wichtigen Kommunikations-Standards verfügt – UDP, TCP/IP, DHCP, FTP und HTTP. Prozesse können nach Priorität oder zeitscheiben-gesteuert parallel ablaufen, sodass für die wichtigen Funktionen immer genügend Rechenzeit bereit steht. Dabei ist die Auflösung der internen Uhr für das Multitasking mit einer Millisekunde besonders niedrig.

Die Schnittstelle zum Anwender-Programm wird über UNIX-kompatible Funktionen realisiert, der Zugriff auf Programme und Daten auf dem Flash-Eprom erfolgt über ein speziell für industrielle Anwendungen entwickeltes Filesystem.

Mit der ebenfalls enthaltenen Shell-Funktionalität kann zum Beispiel der Zustand des Systems, die gerade aktiven Parallelprozesse, sowie ein Verzeichnis der verfügbaren Dateien einfach angezeigt werden. Es ist auch möglich, ein Bild aufzunehmen oder die Belichtungszeit des Sensors zu ändern.

Vielfältige Programmentwicklung

Die Programme werden in C oder C++ auf dem PC entwickelt, wobei drei Entwicklungstools zur Verfügung stehen: Mit dem Code-Composer-Studio erfolgt die Programm-Erstellung und das Debugging; mittels der VC/RT-Runtime-Library lassen sich alle Funktionen von VC/RT direkt aus dem Anwender-Programm aufrufen und mit der Bildverarbeitungs-Bibliothek VCLIB stehen einige hundert praxiserprobte Bildverarbeitungs-Funktionen zur Verfügung.

Umfangreiche Bildverarbeitungs-Bibliothek

Die Palette reicht von zahlreichen verschiedenen Grauwertfiltern, normierter Grauwertkorrelation, über Blobanalyse zu JPEG-Kompression und Bildtransformationen. Alle Funktionen wurden speziell für diese Prozessor-Architektur optimiert. Neben der VCLIB gibt weitere Spezial-Bibliotheken wie für Datamatrix- und Barcodelesen, OCR sowie Farb-Bildverarbeitung. Zudem kann auch Software von Drittanbietern eingesetzt werden, beispielsweise HALCON, Pictor, SAC Coake, Pictomat und VIMOS.

Vision Components, Tel. +49(0)7243 21670

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