Ваш браузер устарел. Он имеет уязвимости в безопасности и может не показывать все возможности на этом и других сайтах. Узнайте, как обновить Ваш браузер.

OK
  • Встраиваемые системы: новая концепция и новые возможности

    Что такое встраиваемая система и какие основные компоненты в нее входят? Ответы вы найдете в нашем техническом документе.

    Читать технический документ
  • Откройте для себя встраиваемые технологии

    Встраиваемые технологии визуализации стремительно набирают популярность. Стиву тоже хочется идти в ногу со временем. Предлагаем вместе с ним разобраться с его первым проектом встраиваемой системы машинного зрения.

    Просто нажмите Play!

Что подразумевается под встраиваемыми технологиями визуализации?

В последние годы во многих направлениях электроники наблюдается тенденция к миниатюризации. Например, степень интегрированности интегральных схем продолжает расти, а печатные платы в электротехнической промышленности уменьшаются в размерах, но при этом демонстрируют все более высокую производительность. Как следствие, производятся все более компактные и мощные ПК, мобильные телефоны и камеры. Эта тенденция также наблюдается в сфере технологий визуализации.

Классическая система машинного зрения включает в себя промышленную камеру и ПК.

Всего несколько лет назад оба этих ключевых компонента были значительно больше в размерах. Однако за короткий промежуток времени стали появляться все более и более компактные ПК, при этом в отрасли были впервые представлены одноплатные компьютеры, т. е. компьютеры, состоящие из единственной платы. Одновременно с этим электронные компоненты камеры также становились все миниатюрнее, а камеры, соответственно, уменьшались в размерах. Тенденция к повышению уровня интегрированности привела к появлению камер без корпуса, которые проще интегрировать в компактные системы.

Эти два фактора — уменьшение размеров ПК и камер — обусловили возможность проектирования буквально микроскопических систем машинного зрения, открывающих новые возможности применения. Такие системы получили название встраиваемых систем.

  • Проектирование и эксплуатация встраиваемых систем машинного зрения

    Проектирование и эксплуатация встраиваемых систем машинного зрения

    Встраиваемая система машинного зрения состоит из камеры (обычно бескорпусной камеры), которая напрямую подключена к плате обработки изображения. Платы обработки изображения выполняют те же функции, что и компьютер в классической системе машинного зрения. Поскольку платы обработки изображения намного дешевле классических промышленных ПК, система машинного зрения оказывается не только компактнее, но и выгоднее в ценовом отношении. К стандартным интерфейсам встраиваемых систем машинного зрения относятся USB, Basler BCON for MIPI и Basler BCON for LVDS.

    Встраиваемые системы машинного зрения применяются в самых разнообразных устройствах, в том числе в медицинских приборах и транспортных средствах, в промышленной и бытовой электронике. Встраиваемые технологии подстегивают инновационные разработки и тем самым открывают интересные возможности в различных сферах.

     
  • Какие встраиваемые системы предлагаются на рынке?

    Какие встраиваемые системы предлагаются на рынке?

    В сердце всех встраиваемых систем лежат так называемые однокристальные системы (System-on-Chip, SoC). Это интегральная схема, на которую установлены процессор (либо несколько микропроцессоров), графические процессоры, контроллеры, другие специальные процессоры (DSP, ISP) и прочие компоненты.

    Исключительно благодаря миниатюрным размерам и при этом высокой производительности компонентов однокристальных систем, встраиваемые системы машинного зрения сегодня настолько компактны и выгодны по цене.

    Встраиваемые системы обычно реализуются на базе популярных одноплатных компьютеров (Single-Board Computer, SBC), таких как Raspberry Pi® или DragonBoard®. Эти мини-компьютеры с привычными интерфейсами (USB, Ethernet, HDMI и т. д.) и множеством функций аналогичны традиционным ПК или ноутбукам, хотя, конечно же, оснащены менее мощными процессорами.

    Встраиваемые решения также могут быть реализованы на базе одномодульных систем (System-on-Module, SoM), иначе называемых одномодульными компьютерами (Computer-on-Module, CoM). По сути, одномодульная система представляет собой печатную плату, которая содержит основные компоненты встраиваемой платформы, включая однокристальную систему, блок хранения данных, контроллер управления питанием и т. д. Для модификации одномодульной системы в целях удовлетворения существующих требований (например, добавления нужных интерфейсов) необходима отдельная несущая плата. Такую плату относительно просто спроектировать и изготовить, она подключается одномодульной системе посредством особых разъемов. Одномодульные системы (как и встраиваемая система в целом), с одной стороны, обещают выгоду с точки зрения затрат, поскольку производятся серийно и доступны в широкой продаже, а с другой стороны, их можно подогнать под существующие требования с помощью несущей платы.

    Полностью индивидуальный проект предполагает разработку процессорных плат с нуля под индивидуальные требования и также может стать разумным выбором в случае крупных объемов производства.

     
  • Характеристики встраиваемых и стандартных систем машинного зрения

    Характеристики встраиваемых и стандартных систем машинного зрения

    Большинство из вышеупомянутых одноплатных компьютеров и одноплатных модулей реализуются на процессорах с архитектурой, отличной от x86 (какими обычно оснащают стандартные ПК). Процессоры для таких систем, как правило, строятся на архитектуре ARM.

    С процессорами на базе архитектуры ARM обычно используется операционная система Linux с открытым исходным кодом. Под ОС Linux разрабатывается множество бесплатных прикладных программ, а также свободно распространяемых программных библиотек. Однако в последнее распространение получают и одноплатные компьютеры с процессорами на базе архитектуры x86. Неизменно важным критерием выбора компьютера для встраиваемой системы машинного зрения является доступное пространство.

    Характеристики встраиваемых и стандартных систем машинного зрения

    С позиции разработчика, разработка программного обеспечения для встраиваемых систем намного сложнее разработки ПО для стандартного ПК. Тогда как ПК, на котором осуществляется разработка программного обеспечения стандартными средствами, также является основной целевой платформой (т. е. программное обеспечение впоследствии будет запускаться на аналогичных компьютерах), в случае программного обеспечения для встраиваемых систем ситуация кардинально отличается, поскольку целевая система в целом не предназначена для программирования ввиду ограниченности ресурсов (производительность процессора, модуля хранения данных). Именно поэтому разработка программного обеспечения для встраиваемых систем также осуществляется на обычном ПК — на нем пишется программный код и выполняется компиляция программы с помощью специальных и, как правило, комплексных инструментов. Скомпилированная программа затем переносится во встраиваемую систему, где впоследствии проводится ее удаленная отладка.

    При разработке программного обеспечения следует помнить, что архитектура аппаратных средств встраиваемой системы ориентирована на решение конкретной задачи и, таким образом, существенно отличается от универсальной архитектуры стандартного ПК.

    Тем не менее, порой сложно провести границу между встраиваемыми и настольными вычислительными системами. Взять, например, популярный компьютер Raspberry Pi, который, с одной стороны, демонстрирует все характеристики встраиваемой системы (процессор на базе архитектуры ARM, одноплатная концепция), но с другой стороны, справляется с самыми разнообразными задачами, а при подключении монитора, мыши и клавиатуры превращается в универсальный ПК.

     
  • Преимущества встраиваемых систем машинного зрения

    Преимущества встраиваемых систем машинного зрения

    В ряде случаев многое зависит от архитектуры встраиваемой системы машинного зрения. Зачастую логично выбрать для встраиваемой системы одноплатный компьютер (SBC), поскольку они выпускаются массово и отвечают определенным стандартам. Одноплатный компьютер отличается компактными размерами и простотой в использовании. Такое решение также подойдет для разработчиков без опыта программирования для встраиваемых систем машинного зрения.

    Однако, с другой стороны, одноплатный компьютер так или иначе будет содержать неиспользуемые аппаратные компоненты, т. е. не позволит получить действительно рациональную и экономичную конфигурацию системы. По этой причине данный подход не является экономичным с точки зрения себестоимости системы и больше подходит для производства небольших партий, когда в первую очередь необходимо снизить затраты на разработку, в то время как производственные издержки имеют второстепенное значение.

    Наиболее экономически выгодная архитектура достигается в случае заказа полностью индивидуального проекта разработки системы в соответствии с конкретными требованиями, предназначенной для решения конкретной задачи. Однако такой подход означает, что затраты на интеграцию — а значит, и затраты на разработку, — будут существенно выше. Таким образом, он будет оптимальным только в случае производства крупных партий.

    Выбор одномодульной системы (SoM) и надлежащим образом модифицированной несущей платы представляет собой компромисс между одноплатным компьютером и заказом полностью индивидуального проекта (также см. выше: «Какие встраиваемые системы предлагаются на рынке?» ). В этом случае себестоимость готовой системы будет не настолько оптимизирована, как при выборе полностью индивидуального проекта (в конце концов, реализовать архитектуру с несущей платой и более или менее универсальной одномодульной системой несколько сложнее). Но по крайней мере затраты на разработку аппаратной части будут ниже, поскольку значительная часть этих усилий покрывается приобретением одномодульной системы. Именно поэтому данный подход рекомендуется в случае производства партий среднего объема, когда необходимо сбалансировать производственные затраты и затраты на разработку.

    Кратко о преимуществах встраиваемых систем машинного зрения

    • Рациональная и экономичная архитектура
    • Минимальный вес
    • Выгодная цена за счет отсутствия неиспользуемых аппаратных компонентов
    • Невысокая себестоимость
    • Сниженное энергопотребление
    • Компактность
     
  • Какие интерфейсы подходят для встраиваемых систем машинного зрения?

    Встраиваемые технологии визуализации применяются для решения множества задач, соответственно, требования к архитектуре системы значительно варьируются. Исходя из технических требований, Basler предлагает широкий ассортимент камер с различным разрешением, оборудованных различными сенсорами и интерфейсами.

    Камеры Basler для встраиваемых систем машинного зрения оснащаются интерфейсами трех типов:

    • USB 3.0 для интеграции камер по принципу Plug-and-Play в системы под управлением Windows или Linux (x 86 или ARM)
    • Basler BCON for MIPI для простой интеграции камер и проектирования систем на базе Linux ARM с интерфейсом MIPI CSI-2 с экономичной архитектурой
    • Basler BCON for LVDS для проектирования систем с экономичной архитектурой на базе LVDS, в особенности систем с FPGA

    Все технологии совместимы с единым SDK в составе Basler pylon, за счет чего существенно упрощается переход с одного интерфейса на другой.

    Knowledge Base dart Portfolio

    USB 3.0

    Интерфейс USB 3.0 обеспечивает максимальную простоту интеграции камеры в систему по принципу Plug-and-Play и идеально подходит для соединения камеры с одноплатным компьютером. С помощью SDK в составе пакета ПО Basler pylon можно моментально подключиться к камере (к примеру, для просмотра изображений и установки параметров), поскольку камеры USB 3.0 полностью соответствуют стандарту и совместимы с GenICam.

    Преимущества

    • Простота подключения к одноплатным компьютерам по интерфейсу USB 2.0 или USB 3.0
    • Проверенные на практике решения на базе Raspberry Pi®, NVIDIA Jetson TK1 и многих других систем
    • Возможность разработки экономичных решений на базе одномодульных систем с несущей платой
    • Стабильная передача данных с пропускной способностью до 350 МБ/с
    Knowledge Base dart BCON Portfolio

    BCON

    Аббревиатура BCON образована от Basler Connectivity — возможности подключения камер Basler — и подразумевает объединение зарекомендовавших себя стандартов передачи данных для встраиваемых платформ (например, LVDS или MIPI CSI-2) с надежными и высокопроизводительными возможностями для систем машинного зрения. Благодаря появлению в мире машинного зрения стандартов (GenICam) и SDK pylon использовать базовые технологий стало проще, чем когда-либо прежде.

    Камеры Basler с технологией BCON (BCON for LVDS и BCON for MIPI) оснащены 28-контактным разъемом типа ZIF для плоских гибких кабелей. Такое соединение обеспечивает возможность использования всех фукнций камеры:

    • Передача изображений по D-PHY (BCON for MIPI) или LVDS (BCON for LVDS)
    • Управление параметрами камеры по шине I²C (BCON for LVDS) или CCI (BCON for MIPI)
    • Подача питания 5 В на модуль камеры
    • Функции ввода-вывода, например, для управления источником света или внешним триггером камеры

    BCON for MIPI

    Интерфейс BCON for MIPI обеспечивает подключение камеры напрямую к процессору с интерфейсом MIPI CSI-2 во встраиваемой системе. MIPI CSI-2 представляет собой интерфейс для камер, стандарт на который был разработан ассоциацией Mobile Industry Processor Interface Alliance (MIPI). Аббревиатура CSI-2 означает последовательный интерфейс для камер 2-го поколения. В настоящее время CSI-2 является наиболее важным интерфейсом для камер на мобильной платформе и используется, например, для подключения модуля камеры в мобильном телефоне к процессору. Поскольку почти все процессоры (однокристальные системы), используемые во встраиваемых решениях, также обычно оснащаются двумя портами CSI-2, MIPI представляет собой идеальное и экономичное решение, обеспечивающее высокую пропускную способность (до 750 МБ/с) и подключение модулей на базе камер dart напрямую к встраиваемым однокристальным системам без необходимости использования дополнительных аппаратных компонентов.

    Благодаря BCON эта технология, первоначально разработанная для потребительского рынка мобильных телефонов, теперь объединена с ключевыми возможности для систем машинного зрения (например, съемка отдельных изображений и точное управление параметрами настройки камеры) и интегрирована в стандарт GenICam: так MIPI превратился BCON for MIPI.

    Благодаря драйверам Basler под различные платформы и возможностям пакета программного обеспечения pylon, модулями на базе камер dart можно управлять виртуально, используя преимущества Plug-and-Play, без каких-либо дополнительных затрат на интеграцию.

    Преимущества

    • Простая интеграция модуля dart во встраиваемую систему благодаря пакету драйверов Basler с возможностями удобной и быстрой установки;
    • Полная совместимость с GenICam;
    • pylon в качестве стандартного интерфейса программирования: для камер dart MIPI в универсальном SDK в составе пакета ПО pylon можно использовать тот же самый API, что и для остальных камер Basler. Это означает, что для интеграции модуля dart в систему машинного зрения потребуется написать всего несколько строк программного кода. Также можно повторно использовать существующий программный код или просто перенести приложение с камеры с одним интерфейсом или из другой операционной системы на камеру с интерфейсом BCON for MIPI в системе Linux ARM;
    • Комплект средств разработки;
    • Рациональная и экономичная архитектура системы: с помощью недорогого плоского гибкого кабеля модуль dart с интерфейсом MIPI можно напрямую подключить к порту CSI-2 целевой однокристальной системы без необходимости использования дополнительных аппаратных компонентов;
    • Стабильная и надежная передача данных изображения с пропускной способностью до 750 МБ/с.

    BCON for LVDS

    BCON for LVDS — интерфейс на базе стандарта LVDS, разработанный Basler для подключения камеры напрямую к процессорным платам с портами LVDS. В частности к ним относятся логические элементы, такие как FPGA (программируемые пользователем вентильные матрицы) и гибридные однокристальные системы с FPGA (где FPGA интегрированы с процессорами). Возможность подключения камеры напрямую к FPGA позволяет создать чрезвычайно рациональную и экономичную архитектуру системы.

    SDK в составе пакета ПО Basler pylon также предусматривает средства для работы с интерфейсом BCON for LVDS. За счет этого упрощается процедура изменения параметров камеры (например, длительность экспозиции, коэффициент усиления и формат изображения) благодаря разработке пользовательского приложения средствами API pylon. Реализация алгоритмов захвата изображения представляет собой отдельную задачу, поскольку эти алгоритмы определяются используемым аппаратным обеспечением.

    Преимущества

    • Подключение напрямую к FPGA за счет технологии обмена данными изображения на основе LVDS.
    • Управление параметрами камеры выполняется благодаря SDK в составе пакета ПО pylon по стандартной шине I²C, без необходимости написания дополнительного программного кода.
    • Полная совместимость со стандартом GenICam.
    • Подробно задокументированный и открытый протокол передачи данных.
    • Комплект средств разработки с примером реализации алгоритма захвата изображения.
    • Плоский кабель и небольшой разъем для систем, в которых предъявляются строгие требования к занимаемому пространству.
    • Обработка изображения на стороне камеры. За счет этого достигается безупречное качество изображения без необходимости потребления и так ограниченных ресурсов процессорной платы.
    • Стабильная и надежная передача данных с пропускной способностью до 252 МБ/с.
     
  • Возможности разработки для встраиваемых систем машинного зрения видение и принципы интеграции камеры

    Даже если разработчик имеет слабое представление о встраиваемых технологиях визуализации, существует множество удобных средств разработки для встраиваемых систем машинного зрения. В частности, они особенно пригодятся при переходе со стандартной системы машинного зрения на встраиваемую. Помимо обширного ассортимента компонентов для встраиваемых систем, Basler предлагает разнообразные инструменты для упрощения интеграции.

    Узнайте из видеоролика ниже, как разработать встраиваемую систему машинного зрения и без излишних хлопот интегрировать в нее камеру.

     
  • Роль машинного обучения во встраиваемых системах машинного зрения

    Роль машинного обучения во встраиваемых системах машинного зрения

    Перед встраиваемыми системами машинного зрения нередко ставится задача классификации передаваемых камерой изображений: например, необходимо идентифицировать круглое и квадратное печенье, перемещаемое на конвейере. В прошлом разработчики программного обеспечения тратили много времени и сил на разработку интеллектуальных алгоритмов для классификации печенья по его характеристикам (особенностям) на сорт A (круглые) и сорт ип B (квадратные). Этот пример может показаться относительно простым, однако чем сложнее характеристики объекта съемки, тем сложнее разработать соответствующие алгоритмы.

    Однако в случае алгоритмов машинного обучения, например сверточных нейронных сетей (Convolutional Neural Network, CNN), не требуется ввод каких-либо характеристик в качестве входных данных. Если через этот алгоритм пропустить множество изображений круглого и квадратного печенья вместе с информацией, какое изображение соответствует какому сорту печенья, то алгоритм автоматически определит, как их различать. Печенье на неизвестном алгоритму изображении будет отнесено к одному из двух сортов исходя из накопленного «опыта» на основе других проанализированных изображений. Такие алгоритмы особенно быстро работают на графических процессорах (GPU) и FPGA.

     

Какие продукты Basler предлагает для встраиваемых систем машинного зрения?

Basler dart с интерфейсом BCON for LVDS или USB 3.0

Basler dart с интерфейсом BCON for LVDS или USB 3.0

Какая камера подойдет для моей встраиваемой системы?

Откройте для себя широкий ассортимент камер и модулей на базе камер Basler для различных встраиваемых систем машинного зрения
Интегрируйте технологию машинного зрения в свою систему с наборами для Basler встраиваемых систем

Наборы для встраиваемых систем машинного зрения

Ищете подходящую камеру для интеграции во встраиваемую систему визуализации? Чтобы упростить вашу задачу, Basler предлагает оценочный набор и набор для разработчика на базе камеры Basler dart с интерфейсом USB.

Узнайте больше наборах для встраиваемых систем
ПО Basler pylon для встраиваемых систем машинного зрения

ПО Basler pylon для встраиваемых систем машинного зрения

Уже зарекомендовавший себя пакет ПО Basler pylon содержит удобный SDK, который подходит для работы со встраиваемыми системами машинного зрения.

Узнайте больше о пакете ПО pylon для встраиваемых систем машинного зрения
Компоненты для встраиваемых систем машинного зрения

Компоненты для встраиваемых систем машинного зрения

Встраиваемая система машинного зрения состоит не только из камеры и платы обработки изображения. Для построения действительно стабильной системы необходимы компоненты, идеально совместимые с камерой и отвечающие всем предъявляемым требованиям.

Откройте для себя широкий ассортимент компонентов Basler для встраиваемых систем машинного зрения