FPGAによる画像処理と機器制御の一元化
FPGA処理とシリアル通信を活用し、同一サイクル内のフィードバックを実現
高スループットのビジョンシステムは、画像処理と機器制御を独立して行うのが一般的です。しかし、画像データをホストPCへ転送し、ソフトウェアで解析した後、制御信号を送り返す必要があるため、往復処理によるタイムラグが発生していました。以下では、FPGA搭載フレーグラバーを介してこれらの作業を一元化し、上流側で画像補正や制御信号の生成を行うことで、ホストPCの処理タイミングに左右されることなく、同一サイクル内のフィードバックを実現する方法について解説します。
画像処理と機器制御の一元化
ビジョンシステムは、実際の撮影要件によって処理を行うプロセッサーを変える必要があります。特にリアルタイム性が求められる場合は、FPGAを介して画像処理と機器制御を一元化するとよいでしょう。FPGAビジョンシステムは、高速検査や視覚フィードバック制御をはじめ、優れた画質と迅速な応答が重視される用途で広く使用されています。
FPGAによるレイテンシーの低減と撮像の一貫性の確保
撮像からフィードバックまでの時間の短縮
画像解析に基づいてフィードバック制御を行う場合、撮像からフィードバックまでの時間をいかに短縮するかが非常に重要になります。従来のビジョンシステムは、画像データをホストPCに転送したうえで、制御信号を生成しなければならず、ソフトウェア処理・システム負荷・機器同期の関係上、レイテンシーやタイムラグが発生していました。
一方、FPGA搭載フレームグラバーを介して画像解析と機器制御を行い、画像を取り込みながら、制御信号を生成すれば、往復処理の必要がなくなるため、リアルタイムかつ一貫したフィードバックを実現できます。
画質と製造速度の両立
高速検査では、画質が欠陥の検出精度を左右します。対象物の反射性や照明条件にかかわらず、正確な解析を行うには、フレーム単位の画像補正が求められますが、ホストPC上で補正を行うと、画像処理やデータ転送に時間がかかり、製造速度が低下してしまいます。
このような場合は、FPGA搭載フレームグラバーを導入し、画像処理と機器制御を一元化するとよいでしょう。最大フレームレートを維持したまま、上流側でHDRトーンマッピングなどの補正を行えば、画質が安定するだけでなく、応答速度のバラつきも抑えられます。
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活用事例：リアルタイムな照明制御
外観検査において、対象物の表面形状・質感や工程の違いにかかわらず、一貫した検査精度を確保するには、状況に応じて照明を調整しなければなりません。
FPGA上で照明を制御すれば、画像から得られた情報（明るさなど）に基づき、外部機器に対して各種信号をリアルタイムに送信できます。
信号生成、インターフェース制御、システム構築をはじめ、ソリューションの詳細については、活用事例「FPGAによるリアルタイムな照明制御と信号処理」をご覧ください。
画像解析に基づいてフィードバック制御を行う場合、ホストPCに画像データを転送すると、レイテンシーやタイムラグが発生しますが、FPGAを介して画像処理と機器制御を一元化すれば、画像を取り込みながら、リアルタイムにフィードバックを行うことができます。
FPGA上で画像処理と機器制御を行うメリット
リアルタイムな画像処理と機器制御により、撮像からフィードバックまでの時間を大幅に短縮できるFPGA。その主なメリットは、以下の通りです。
ホストPCの処理タイミングに左右されることなく、同一サイクル内でフィードバックを行うことが可能
システム負荷やOSスケジューリングにかかわらず、リアルタイムかつ一貫した制御を実現
FPGAを介して画像処理と機器制御を一元化することで、システム構造を簡易化しながら、レイテンシーを低減
使用製品
ご紹介したソリューションの導入には、以下の製品が最適です。
