Ички FPGA-га ээ болгон машиналык көрүү камераcы чын убакытта сүрөт иштетүүгө жардам бере алатбы?

Бир FPGA машиналык көрүүнүн камераcы өнөрпоссундагы системалардын суроолордун маалыматын иштетүүсүнүн маанилүү өнүгүшүн көрсөтөт. Камеранын корпусуна Талаа-программалануучу вентильдүү массивди (FPGA) туруктуу орнотуу аркылуу FPGA машиналык көрүш камеры маанилүү иштөө үчүн тапшырмаларды негизги компьютерден алып, арналган параллельдик аппараттуу жабдууга жыгылат. Бул архитектуралык өзгөрүш дээрлик инженерлер менен системалык интеграторлордун FPGA машиналык көрүү камерасы чыныгы убакытта сүрөт иштөө тапшырмаларын тездетип бере алышын текшерүүсүнө себепчи болгон. Жообу — туура шарттарда ачык «ооба».

FPGA машиналык көрүү камераcы — гана сенсордун чечмелүүлүгүн жогорулатуу эмес. Бул — сүрөттүн эсептөөсү кайда жана кандай иштегенине терең өзгөртүү. Традициялык камера кадрды түзүп алганда, ал сырткы пикселдик маалыматты ПК же ойлоп табылган процессорго жиберет, андан кийин программалык каналдар аркылуу фильтрлөө, детекциялоо же объекттерди классификациялоо иштетилет. FPGA машиналык көрүү камераcы түзүлгөн логикалык вентилдерди параллельдик режимде иштетүү аркылуу түзүлгөн маалымат агымында туурасынан иштеп, көпчүлүк кечигүүлөрдү жок кылат. Микросекунд деңгээлиндеги реакция убактысын талап кылган колдонулуштар үчүн FPGA машиналык көрүү камераcы айкалыштыруучу өнүктүрүүгө жол ачып берет.

FPGA тездетүүнүн архитектурасы

Ичке орнотулган FPGA нын сүрөттөрдүн маалыматын иштетүүсү

Ар бир FPGA машиналык көрүү камераcында FPGA ткеми мыңдаган конфигурациялануучу логикалык блоктордон турат, алар бир убакта иштейт. CPU дан айырмаланып, ал командаларды ылдамдык менен иштетет, ал эми FPGA машиналык көрүү камераcы бир нече сүрөт иштетүү этаптарын — мисалы, чыңгылдуулукту азайтуу, четтерди аныктоо жана порогдуу сегментацияны — бир гана такт циклында иштетет. Бул параллелизм FPGA машиналык көрүү камераcын жогорку кадрдык жылдамдыкта иштетүүгө жана маалыматты таштап койбостон же иштетүүдө кечиктирип койбостон мүмкүндүк берет. Ошентип, FPGA машиналык көрүү камераcы пассивдүү тартуу куралы эмес, ага караганда акылдуу сенсорго айланат.

Жогорку тездиктеги текшерүүдө кечиктирилүүнү азайтуу

FPGA машиналык көрүү камерасынын эң өлчөмдүү артыкчылыктарынын бири – анык, өтө төмөн кечигүү. Жогорку ылдамдыкта иштеген өндүрүш сызыктарында бир нече миллисекунддык кечигүү гана кемтиктуу бөлүк таанылбай өтүп кетишин же жакшы бөлүк туура эмес ташталышына алып келет. FPGA машиналык көрүү камераcы ар бир кадрды камера чыгышынан чыгып кетпейинче өңдөйт, бул ошондой эле чечимдерди камера чыгыштарынан түздан ишке ашырууга мүмкүндүк берет, ал эми PC жообун күтүүгө турган эмес. Бул тыгыз башкаруу цикли FPGA машиналык көрүү камерасын автоматташтырылган оптикалык текшерүү жана так сорттоо системаларында айрыкча баалуу кылат.

FPGA тарабынан тездетилген негизги өңдөө тапшырмалары

Алгачкы өңдөө жана сүрөттү жакшыртуу

FPGA машиналык көрүү камерасы бир нече эсептөөчүлүгү жогору болгон алгачкы иштетүү тапшырмаларын чыныгы убакытта аткарат. Объективдин токтогондукту түзүү, тегиз-талаа нормалдаштыруу жана жаман пикселдерди алмаштыруу — булардын баарысы FPGA машиналык көрүү камерасы пиксель саатынын тактасында аткара алат, ошентип алып келген ар бир кадрдын түзүлүшү жана анализге даяр болушу камсыз кылынат. FPGA машиналык көрүү камерасыз бул тапшырмалар хост тарабындагы процессордун көп ресурстарын талап этет жана системанын жүктөлүшүнө байланыштуу өзгөрүүчү кечикти туудурат. FPGA машиналык көрүү камера бул жүктөмдү толугу менен өзүнө алат, ошентип хост процессору классификация же долбоорлор сыяктуу жогорку деңгээлдеги логикалык операциялар үчүн бошотулат.

Особдуктарды издөө жана триггер логикасы

Жөнөкөй алдын-ала иштетүүдөн артык, FPGA машиналык көрүү камераcы сенсордон маалымат чыгып кетпей турганда өлкөнүн кызыгышына ылайык кесүү, гистограмма түзүү жана түркүмдүү негизги детекцияны да аткара алат. Бул ошондой эле, көпчүлүк колдонулуштарда FPGA машиналык көрүү камераcы интерфейс аркылуу жалгыз гана маанилүү, алдын-ала сүзгүлөнгөн маалыматтарды гана жөнөтөт — бул тармактын өтүштүк кабилиетин күчтүү төмөндөтөт. FPGA машиналык көрүү камераcы табылган сүрөттүн белгилери боюнча аппараттык триггер сигналдарын да түзүүгө мүмкүндүк берет, ошондой эле аны актюаторлор же PLC’лер сыяктуу төмөнкү жактагы жабдууларды синхрондоо үчүн программалык деңгээлдеги кечиктирилүүсүз иштетүүгө мүмкүндүк берет. Бул аппараттык деңгээлдеги кері байланыш цикли — FPGA машиналык көрүү камераcынын уникалдуу мүмкүндүгү болуп саналат, ал иске ашыруу үчүн исключительно программалык системалар менен кайталанбайт.

FPGA камералары натыйжаны берген индустриялык колдонулуштар

Автоматташтырылган оптикалык текшерүү жана сапа контролү

Полупроводник жана электроника өндүрүшүндө FPGA машиналык көрүү камераcы жалпы таралган: беттеги кемчиликтерди аныктоо, лактап коюу түйүнүн текшерүү жана өлчөмдөрдү өлчөө үчүн колдонулат. FPGA машиналык көрүү камераcы толук саптын ылдамдыгында кадрларды иштетет жана өндүрүштүн өтүшүнүн өзгөрүшүнө байланышпай, пиксельден кичине кемчиликтерди туруктуу тактыкта аныктайт. FPGA машиналык көрүү камераcы текшерүү чечимдерин аппараттык деңгээлде кабыл алат, ошондуктан ал PLC негиздеги башкаруу архитектурасына таза интеграцияланат. Инженерлер сапат стандарттарын сактоо үчүн FPGA машиналык көрүү камераcына ишенет, ал эми сапаттын төмөндөшүнө алып келген программалык кошумча жүктөмдүн тизмесинен качып калат.

Робототехникалык жетектөө жана кыймылды башкаруу

Коллаборативдик роботтор жана жогорку тездиктеги «алып коюу» системалары объекттин реалдык убакытта орнолушун баалоо жана объектти локализациялоо үчүн FPGA машиналык көрүү камерасына таянат. Бул чөйрөлөрдө FPGA машиналык көрүү камераcы серво циклынын туруктуулугу үчүн критикалык мааниге ээ болгон тұраакы кадрдан кадрга кечигүүнү камсыз кылат. Традициялык камера, башкача айтканда, хост-тагы иштетүүгө таянган камера, башкаруу циклына көпчүлүк кечигүүлөрдү киргизет, бул позициялаштыруу тактыгын төмөндөтөт. FPGA машиналык көрүү камераcы иштетилген позициялык маалыматтарды турган, аппараттык тарабынан кепилдиктелген убакытта берип, бул көпчүлүк кечигүүлөрдү жоюп жиберет. Роботтор тескерисине тапшырма талаптарын татаалдаштырып, цикл убакытын тездетип жүрсө, FPGA машиналык көрүү камераcы перифериялык курал эмес, аткаруу мүмкүнчүлүгүн камсыз кылуучу компонент болуп калат.

ККБ

FPGA машиналык көрүү камераcы өзгөчө программалао көнөкмөлөрүн талап кылатбы?

FPGA машиналык көрүү камерасын орнотуу адатта FPGA өнүктүрүү куралдары менен иштөөгө же камеранын производителери тарабынан берилген алдын ала жасалган IP ядросу менен иштөөгө таянат. Көпчүлүк заманбап FPGA машиналык көрүү камералары стандарттык иштетүү функцияларын алдын ала жүктөлгөн күйүндө чыгат, ошондуктан системалык интеграторлор FPGA кодун нөлдөн баштап жазбай-ақ аларды ишке ашыра алышат. Илгерилеген өзүнчө алгоритмдер үчүн VHDL же Verilog тилинде иштөөгө даяр болуу талап кылынат, бирок даяр FPGA машиналык көрүү камерасынын прошивкасы көпчүлүк стандарттык өнөрөсөлүк милдеттерди аткарат.

FPGA машиналык көрүү камераcы GPU-га негизделген иштетүүгө салыштырғанда кандай?

GPU топтогон терең үйрөнүүнүн чыгарылышы үчүн күчтүү, бирок ал программалык стек менен башкарылат жана бөлүштүрүлгөн ресурс катары иштегендиктен, анын кийинки убактысы белгисиз болот. Ал эми FPGA машиналык көрүү камераcы катаң чын убакыттуу башкаруу системалары үчүн зарыл болгон аныкталган аппараттык убакытты камсыз кылат. Микросекунд деңгээлинде кепилдиктелген жооп убактысын талап кылган тапшырмалар үчүн FPGA машиналык көрүү камераcы GPU негиздегүлөрдөн жакшы иштейт. Комплекстүү ИИ классификациялык тапшырмалар үчүн GPU дагы да оңдургуучу, ал эми FPGA машиналык көрүү камераcы төмөн кийинки убактылуу сигналды шарттоо жана аппараттык синхрондаштырууда жакшы иштейт.

FPGA машиналык көрүү камераcы кандай интерфейс стандартдарын колдойт?

Ондай индустриялык FPGA машиналык көрүү камераларынын көпчүлүгү GigE Vision, USB3 Vision же Camera Link HS стандарттарын колдойт; булардын баарысы стандартташтырылган GenICam параметрлерине кирүүнү камтыйт. Бир нече FPGA машиналык көрүү камераларынын дизайндары чоң өтүштүк сыйымдуулугу талап кылган тапшырмалар үчүн CoaXPress интерфейсин да колдойт. Интерфейстин тандалышы максималдуу кадрдык жылдамдык жана кабельдин узундугун таасир этет, бирок ичиндеги FPGA машиналык көрүү камерасынын архитектурасы интерфейс түрүнө байланышсыз туруктуу болот жана башка системага алгачкы иштелген сүрөттөрдүн маалыматын берет.