工业机器视觉

适用于智能视觉的英特尔® FPGA

用于机器视觉的摄像机和其他设备执行一系列任务,如图像信号处理 (ISP)、视频传输、格式转换和分析。随着摄像头传感器不断进行技术升级,智能互联网协议摄像头逐渐取代模拟摄像头,基于人工智能和深度学习的视频分析取得进展,FPGA 超出了基于视觉的系统所需的许多关键要求:

  • 出色的每瓦性能
  • 低延迟
  • 确定性
  • 灵活性

结合英特尔® CPU,基于 FPGA 的加速器解决方案现在可用于下一代视觉基础设备的架构重新设计。

视频

利用 FPGA DNN IP 实现地图分段

在 Reflex 的 SPS 2019 演示中,使用英特尔® DNN IP 和英特尔® Arria® 10 FPGA 实现了地图分段和 DNN 推理。它们对视频流进行分析,可从鸟瞰图中识别飞机、车辆、船舶、仓库、坦克等。

机器视觉

除了数字图像采集和分析之外,机器视觉 (MV) 还搭配使用高速摄像头和计算机来执行复杂的检查任务。您可以将得到的数据用于模式识别、对象排序、机械臂控制等。FPGA 适用于 MV 摄像头,使设计能够适应各种图像传感器以及 MV 特定接口。FPGA 还可在边缘计算平台中用作视觉处理加速器,以利用人工智能深度学习的能力来分析 MV 数据。 

MV 应用包括:

  • 缺陷检测
  • 计量
  • 导航、零件跟踪和识别
  • 光学字符识别和验证 (OCR/OCV)
  • 模式识别
  • 封装、产品、表面和网络检测

英特尔® FPGA 在下一代的 MV 摄像头、抓帧器和视觉控制器中扮演着关键角色:

  • 支持人工智能 AI 深度学习框架、模型和拓扑结构,以实施基于 FPGA 的卷积神经网络 (CNN) 推理加速器(请阅读英特尔® FPGA 深度学习加速套件)。
  • 具有与多种类型的图像传感器和 MV 系统设备连接的灵活性。
  • 快速处理以集成包含各种技巧(比如缺陷像素校正、gamma 校正、动态范围校正以及噪声抑制)的全图像传感器管道 (ISP) 知识产权 (IP)。

英特尔® FPGA 的优势 — 性能、灵活性和互联

如下方所述,诸如 英特尔® MAX®10Cyclone® 和 Arria® 设备系列等 FPGA 能够帮助像您这样的 MV 设计人员实现:

  • 在抓帧器电路板上进行高性能图像预处理(使用 Camera Link 等协议),实现实时帧速率。
  • 将实时功能集成到摄像头系统中,实现面向像素的增益控制、缺陷像素补偿,并扩大动态范围等等。
  • 利用 FPGA 的灵活性支持不断演进的摄像头接口。
  • 实施各种总线接口,比如 PCI*、PCIe*、Gbps Ethernet、USB、CoaxPress 等。
  • 在单个 FPGA 上集成多种功能,如图像采集、摄像头接口、预处理和通信功能。
  • 使用 SoC FPGA(例如 Cyclone® V SoC FPGA), 可以将您的图像信号处理管道与执行 ARM* A9 硬处理器系统的机器视觉算法相结合,构建完整的机器视觉片上系统。
  • 使用 Mathworks* 的 Simulink 和 Embedded Coder 生成面向 Cyclone® V SoC FPGA 的 C/C++ 代码。与 HDL Coder 的英特尔® SoC 支持组合使用时,该解决方案可用于硬件/软件工作流,包括英特尔® SoC 上的模拟、原型设计、验证和实施。更多信息请访问 MathWorks 页面

灵活性 — FPGA 支持各种传感器和 MV 接口

GigE 视觉

GigE 视觉提供一种开放式、高性能、可扩展的框架,支持通过以太网的图像流媒体传输和设备控制。该接口标准为基于切换客户端/服务器架构的联网机器视觉系统提供一种环境,支持您将多个摄像头连接至多台计算机。

它包括以下特性:

  • 自动化成像协会 (AIA) 管理的规范。
  • 在以太网/IP/UDP 上实施的协议,使用 Gbps 以太网,数据传输速率高达 1 Gbps,采用 10-Gbps 以太网,可扩展至 10 Gbps。
  • 使用铜缆时数据传输长度达到 100 米。
  • 使用交换机、中继器或光纤转换器延长数据传输长度。
  • 使用低成本电缆(CAT5e 或 CAT6)、标准连接器和硬件。

使用多个 GigE 摄像头的 GigE 视觉应用示例

由 Pleora Technologies Inc. 提供

您可以使用英特尔® MAX® 10 FPGA、Cyclone® IV、Cyclone® V 设备系列等 FPGA 实施 GigE Vision 应用,从而获取多项主要优势:

  • 在单个 FPGA 设备上集成图像采集、摄像头接口、预处理和通信等功能。
  • 随着产品的演进灵活支持各种摄像头接口和总线接口。
  • 主板更小、组件数量更少、硬件重制最少,从而降低总体拥有成本 (TCO)。
  • FPGA 生命周期长,且轻松迁移至最新 FPGA 系列,从而降低产品过时风险。

有关详细信息,请联系您当地的英特尔® 经销商销售办事处,或访问我们的合作伙伴。

Camera Link

Camera Link 是一种串行通信协议,旨在支持点对点自动化视觉应用。它基于 Texas Instruments*(前身为 National Semiconductor)的通道链路接口,经过扩展可支持通用 LVDS 数据传输。

Camera Link 规范由自动化成像协会 (AIA) 维护,它使摄像头接口、电缆和抓帧器(通常用于跨 PCITM 或 PCIe* 总线将摄像头数据转换并传输到计算机)实现了标准化。您会发现 Camera Link 接口适合于机器视觉系统和智能摄像头等应用。

在 Camera Link 应用中使用 FPGA 的优势

如下图所示,您可以利用 Cyclone® IV 和 Cyclone®V 设备之类的低成本 FPGA 来创建高性能的 Camera Link 应用,从而降低您的总拥有成本,并增加投资回报 (ROI)。如果您需要更高的性能,请使用英特尔® Cyclone® 10 FPGA、英特尔® Arria® 10 FPGA 或英特尔® Stratix® 10 FPGA。

使用英特尔® Cyclone® IV FPGA 的 Camera Link 应用示例

USB 3 视觉

使用 USB 3.0 可获得多项优势:当前 PC 上 USB 3 接口的冗余性、低成本,高达 5 Gbps 传输速率、低功耗和 CPU 开销,以及在不适用有源中继器的情况下载单根长达 5 米的电缆上集成数据和电源。

CoaXPress

CoaXPress 的每根电缆传输速率高达 6.25 Gbps,同时支持长达 130 米的电缆。Quad link 电缆和连接器支持高达 25Gbps 的传输速率,支持高性能摄像头完成严苛的高带宽连接。支持单、双或四摄像头组合,可以使用与支持四链路 CoaXPress 接口的插卡进行管理。

使用 FPGA,您能够:

  • 加速图像预处理(如像素定位增益控制、缺陷像素补偿,以及更大的动态范围),以实现实时帧速率。
  • 在单台 FPGA 设备上集成图像采集、摄像头接口、预处理和通信等功能。
  • 随着各种摄像头/总线/通信接口的演进,在您的设计中支持这些接口(不需要新硬件)。
  • 缩小主板尺寸、减少组件数量,最大限度地减少硬件重制,尽快将产品推向市场,让产品在市场上有更长的生命周期,从而降低您的 TCO。

有关详细信息,请联系您当地的英特尔经销商销售办事处,或联系我们的工业合作伙伴。

更多视频

头盔和手套检测

Basler 的 SPS 2019 演示展示了在边缘实现的检测人工智能,该人工智能可检测员工在指定区域内的 PPE 使用情况。该演示采用了一个经过训练的神经网络,此网络在 Movidius 神经电脑棒 2 上运行。

边缘智能解决方案

来自 SPS 2019 的视频,展示了 EXOR 的边缘智能解决方案,将英特尔® Cyclone® 10 FPGA 与英特尔凌动® 处理器配合使用,来创建用于进行实时边缘分析的 GigaSOM。

资源

工业解决方案参考链接

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