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Zwei Optionen zur Bewältigung der Herausforderungen bei hochauflösenden Daten

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Einige Anwendungen der maschinellen Bildverarbeitung können stark von der Verfügbarkeit von Kameras mit hoher Auflösung und hohen Bildraten profitieren. Dazu gehören die automatische optische Inspektion von Leiterplatten, die Inspektion von Flachbildschirmen, die Lötpasteninspektion (SPI) und einige Arten des Scannens medizinischer Objektträger, um nur einige zu nennen.

Kameras wie die Spark SP-25000-CXP4A von JAI, die 26-Megapixel-Bilder bei 150 Bildern pro Sekunde liefert, oder die Spark SP-45000-CXP4A, die 45-Megapixel-Bilder bei 52 Bildern pro Sekunde liefert, helfen den Konstrukteuren von Systemen dieser Art, sowohl die Anforderung zu erfüllen, kleine Details über ein großes Sichtfeld hinweg zu erkennen, als auch die Notwendigkeit, einen hohen Durchsatz in der Produktionslinie zu erzielen.

Doch mit diesen beträchtlichen Vorteilen geht auch eine große Herausforderung einher: Wie lässt sich die riesige Datenmenge, die sich aus diesem Strom von Hochgeschwindigkeits-Bildern mit hoher Auflösungergibt, effizient verarbeiten?

Eine "Big Data"-Herausforderung

Selbst bei Verwendung eines kompakten 8-Bit-Datenformats erzeugt die 150 Bilder/s-Bildrate der SP-25000-CXP4A von JAI fast 31,5 Gigabit pro Sekunde an Bilddaten, die von der Prüfanwendung analysiert werden müssen. Obwohl die vierspurige CoaXPress 2.0-Schnittstelle der Kamera eine Kapazität von 50 Gbit/s bietet, um diesen Datenfluss zwischen Kamera und Anwendung problemlos zu bewältigen, kann ein einzelner Anwendungsprozessor mit der Größe der Verarbeitungsaufgabe schnell überfordert sein. Dies verlangsamt die Identifizierung von Defekten und gefährdet damit das Ziel eines hohen Durchsatzes, wofür die Kamera ausgewählt wurde.

Das 45-Megapixel-Modell SP-45000-CXP4A von JAI kann je nach Pixelformat zwischen 18,6 und 25 Gigabit an Bilddaten pro Sekunde übertragen. Diese Datenrate ist zwar etwas geringer als die der SP-25000-CXP4A, doch stellt diese Datenmenge an hochauflösenden Bildern immer noch eine große Belastung für die typischen Verarbeitungsressourcen einer Anwendung dar.

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Lösen durch Teilen

Glücklicherweise verfügen beide Spark-Kameras über Funktionen, die von Systementwicklern genutzt werden können, um die Datenherausforderungen von Hochgeschwindigkeitsanwendungen mit hoher Auflösung zu bewältigen. Es stehen zwei Strategien zur Verfügung, die beide eine Funktion des CoaXPress 2.0-Standards namens "Link Sharing" nutzen.

Der erste Ansatz wird einfach "Sharing Mode" genannt. In diesem Modus kann jedes von der Kamera kommende Bild automatisch in zwei Hälften oder vier Viertel aufgeteilt werden. Jedes der Teilbilder wird dann über einen der vier CoaXPress-Kanäle an einen separaten Anwendungsprozessor gesendet. Das bedeutet, dass Systementwickler keinen großen "Supercomputer" benötigen, um ihre Anwendung mit Höchstgeschwindigkeit laufen zu lassen. Stattdessen können sie vier kleinere (und einfacher zu konfigurierende) Hosts verwenden, um die Aufgabe zu verteilen und den gewünschten Durchsatz aufrechtzuerhalten.

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Sharing Mode - 4 Quadranten

Je nach Anwendung und Beschaffenheit des Zielobjekts kann das Bild vertikal, horizontal oder in vier Quadranten aufgeteilt werden, um jeden Prozessor auf eine bestimmte Teilmenge der Aufgabe zu konzentrieren. Der Benutzer kann auch eine Überlappung von null bis 128 Zeilen/Pixeln zwischen den Abschnitten festlegen, um sicherzustellen, dass Defekte entlang der Grenzen nicht übersehen werden.

Other-Link-Sharing-Options-770px-wideZusätzliche Optionen für den Freigabemodus

Eine zweite Option für die gemeinsame Nutzung von Links ist der so genannte "Duplicate Mode". In diesem Modus wird das gesamte Bild zur Verarbeitung an zwei, drei oder vier verschiedene Computer gesendet. Dies ist für Anwendungen gedacht, bei denen mehrere Analysen über das gesamte Bild durchgeführt werden. Anstatt das Bild in Teile aufzuteilen, erhält jeder Prozessor das gesamte Bild, muss aber nur einen Teil der erforderlichen Aufgaben ausführen. So kann jeder Computer seine Aufgaben schneller erledigen und den Durchsatz der Gesamtanwendung aufrechterhalten.

Link-Duplication-Concept-770px-wideDuplicate Mode-Modus

Es ist zu beachten, dass die Verwendung des Duplicate Modes für Anwendungen gedacht ist, bei denen die Verarbeitungsaufgabe der eindeutige Engpass in der Anwendung ist. Dabei wird davon ausgegangen, dass die Bildrate der Kamera durch den Verarbeitungszyklus erheblich eingeschränkt wird.

Da jeder Kanal der vierspurigen CoaXPress-Schnittstelle nur maximal 12,5 Gbit/s verarbeiten kann, verringert sich die Bildrate des SP-45000-CXP4A im 8-Bit-Modus um 33 % und die Geschwindigkeit des SP-25000-CXP4A um 60 %, wenn das gesamte Bild an vier Computer gesendet wird. Dennoch kann dies bei einigen Anwendungen, bei denen die Verarbeitungsaufgabe besonders komplex ist, zu einer höheren Anwendungsgeschwindigkeit führen.

Die CoaXPress Link-Sharing-Funktion in den Kameras SP-25000 und SP-45000 von JAI bietet Entwicklern von Bildverarbeitungssystemen mehr Möglichkeiten, Datenprobleme zu lösen und einen hohen Durchsatz in ihren hochauflösenden Anwendungen zu gewährleisten. Wenn Sie weitere Informationen wünschen oder ein Projekt besprechen möchten, nutzen Sie bitte unser e kontaktformular.