工业机器视觉

加速实现智能愿景

用于视频监控和机器视觉的摄像头和其他设备可执行各种不同的任务,如图像信号处理 (ISP)、视频传输、格式转换、压缩和分析。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,而且随着基于人工智能深度学习的视频分析取得重大进展,FPGA 超出了基于视觉的系统所提出的主要要求:

  • 较高的性能功耗比。
  • 低延迟。
  • 灵活性。

结合英特尔® CPU,基于 FPGA 的加速器解决方案现在支持从架构上重新设计下一代基于视觉的设备。

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,以增强人工智能深度学习分析 MV 数据的功能。

采用机器视觉 (MV) 技术,您将不再需要人工检查质量控制。MV 技术将高速摄像头和计算机组合起来,在数字图像采集和分析基础上,完成复杂的检查任务。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。MV 应用包括:

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

英特尔® FPGA 的优势 — 性能、灵活性和互联

如下图所示,FPGA,比如英特尔® MAX® 10Cyclone® IV 设备产品家族,可帮助 MV 设计人员:

  • 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 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 Cyclone® V SoC,结合您的图像信号处理管道和执行 ARM* A9 硬核处理器系统的机器视觉算法,开发完整的机器视觉系统芯片。
  • 使用 MathWorks 的 Simulink 和 Embedded Coder 生成面向 Cyclone® V SoC 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 设备家族等 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 家族,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,也可以访问我们的合作伙伴。

抓帧器

MV 摄像头和主机 PC(运行机器视觉算法)之间的抓帧器链路。当前版本通常使用 PCIe 将视频从摄像头传输到工业计算机中的主处理器。

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) 提供支持,对摄像头接口、电缆和抓帧器进行了标准化,用于将摄像头数据转化并传输至计算机,通常通过 PCITM 或 PCIe* 总线。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。

Camera Link 支持多种配置:

  • 基本配置使用 24 位像素数据(以及 3 位视频同步数据)来实现最大 255 Mbps 的视频吞吐量。
  • 中等配置增加了另外 24 位数据,实现最大 510 Mbps 的视频吞吐量。
  • 完整和扩展配置使用 64 位(或更宽)数据,实现最大 680 Mbps(或更大)的视频吞吐量。

在 Camera Link 应用中使用 FPGA 的优势

如下图所示,您可以利用 Cyclone® IV、Cyclone® V 设备等低成本 FPGA,创建高性能 Camera Link 应用,降低您的总体拥有成本 (TCO),并提高投资回报 (ROI)。如果您需要进一步提高性能,可以使用英特尔的 Arria® V GX 或 Stratix® V FPGA。

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

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,也可以访问我们的工业合作伙伴。

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。

Thunderbolt

Thunderbolt™ 支持高达 10Gbps 的传输速率,Thunderbolt 2 支持高达 20 Gbps 的传输速率。该接口最初部署在 Apple 的计算机和笔记本电脑上,随着越来越多的芯片组和 PC 主板使用这些高性能链路,其应用范围也日益广泛。它的优势和 USB 3.0 相同,但传输速率更高,还可选择使用铜缆或光缆。

Thunderbolt 是英特尔公司或其子公司在美国和其他国家的商标。

视频监控

政府、市政当局、金融机构和企业将视频监控更多地用于图像录制和事后分析。人工智能 (AI) 为多个现场摄像头数据流提供实时、自动化、切实可行的洞察。这些技术进步正在将超越犯罪预防/安全性的创新打造成全新的市场业务模式,比如零售资产管理和更高效的工业智能工厂。

摄像头制造商面临的挑战是如何将“智能/分析”功能”插入至端到端视频解决方案。部分“简单”智能功能在低功耗、低成本智能互联网协议 (IP) 摄像头实施。复杂的分析功能可通过支持多个现场摄像头数据流的内部网关或网络视频录像机 (NVR) ‘“在边缘附近”实施。企业级分析可使用广泛的基于云的计算资源来实施。一般来说,数字高清 (HD) IP 监控摄像头正在取代模拟摄像头,因为其安装成本较低、具有可扩展性,并且能够添加智能功能。从摄像头到云,英特尔® 视觉产品提供各种解决方案,并包含基于最新 AI 深度学习的分析功能。

英特尔® FPGA 在这些下一代 HD IP 摄像头和 NVR 中扮演着重要的角色:

  • 支持 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)。
  • 灵活连接多种类型的图像传感器。
  • 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)。
  • 高性价比解决方案,具备各种功能,比如传感器连接、图像压缩,以及全景、俯仰和放大 (PTZ) 控制功能。

工业解决方案参考链接

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