Brückenschlag
Industrielle Kameramodule mit SoC für Embedded Vision
Die Alvium Technologie setzt sich aus einem SoC und einer Bildverarbeitungsbibliothek zusammen. Dies ermöglicht eine einfache Integration, geringe Systemkosten und hohe Flexibilität für Embedded-Vision-Systeme.
Bild 1 | Der Alvium SoC beherbergt eine Bildverarbeitungsbibliothek und einen Image-Signal-Prozessor (ISP), mit dem Optimierungsfunktionen bereits in der Kamera angewendet werden können. Zur Markteinführung der Alvium Serie werden zunächst die NXP i.MX6 und Nvidia-Jetson-Plattformen unterstützt. (Bild: ALLIED Vision Technologies GmbH)
Im Embedded-Markt werden bisher so genannte Sensormodule für die Bilderfassung eingesetzt. Diese beinhalten in der Regel lediglich einen Sensor auf der Platine inklusive fest verbauter Optik. Bildverarbeitung direkt auf dem Modul wird gar nicht oder nur sehr eingeschränkt unterstützt. Stattdessen führen Ingenieure die meiste Bildverarbeitung auf dem Host Prozessor aus. Ein wesentlicher Unterschied zwischen diesen Sensormodulen und der Alvium Kameraserie ist ein eigens dafür entwickelter SoC (System on Chip). Der Alvium SoC beherbergt einen Image Signal Prozessor (ISP), mit dem Bildoptimierungsfunktionen bereits in der Kamera angewendet werden können. Somit eröffnet die Alvium Technologie Systementwicklern neue Möglichkeiten: Durch das Auslagern von Bildbearbeitungsschritten in das Alvium Kameramodul wird die Host-CPU entlastet. So kommt das System mit einem kleineren, kostengünstigeren Prozessor zurecht, was die Gesamtsystemkosten reduziert. Die freigewordene Rechenleistung kann für zusätzliche Aufgaben verwendet werden. Ein weiterer Vorteil für Embedded Systementwickler ist, dass der im Alvium SoC integrierte ISP und seine Bildverarbeitungsbibliothek es leichter machen, Kamera und Bildverarbeitung zu konfigurieren. Statt wie früher auf dem Host-Prozessor mühsam zu programmieren, muss der Anwender lediglich die vorhandenen Funktionen aktivieren und parametrieren. Dieser Punkt ist wichtig, da Embedded Systemintegratoren oft keine Bildverarbeitungsexperten sind.
Ein Treiber für alle
Wesentlicher Unterschied zwischen den neuen Sensormodulen und klassischen Machine Vision Kameras ist, dass jedes Embedded Sensormodul seinen eigenen Treiber braucht. Der Alvium SoC unterstützt alle gängigen Sensorschnittstellen und ist für eine breite Auswahl an heutigen und zukünftigen Bildsensoren mit Auflösungen von VGA bis 21MP ausgelegt. Damit ergibt sich ein weiterer Vorteil der neuen Technologie für Embedded Systemintegratoren: eine noch nie da gewesene Flexibilität. Mussten sie bisher für jedes Sensormodul einen neuen Treiber programmieren und in ihr System implementieren, deckt mit der Alvium Technologie ein einziger Treiber sämtliche Sensorvarianten der Kameraserie ab. So lassen sich mit minimalem Entwicklungsaufwand unterschiedliche Sensoren testen, verschiedene Auflösungsvarianten eines Systems entwickeln oder bestehende Systeme auf neue Sensoren umstellen. Allied Vision wird kostenlos Treiberpakete für verschiedene Embedded Board SoCs als Open Source zur Verfügung stellen, damit diese auch von der Embedded Community weiterentwickelt und für besondere Anforderungen angepasst werden können. Zur Markteinführung der Alvium Serie werden zunächst die NXP i.MX6 und Nvidia Jetson Plattformen unterstützt. Später wird die Unterstützung auf i.MX8 und i.MX8M ausgeweitet. Allied Vision wird einer der ersten Kamerahersteller weltweit sein, der einen Kameratreiber für das Nvidia Jetson AGX Xavier anbietet, dank einer Kooperation mit dem polnischen Embedded Spezialisten Antmicro.
Bild 2 | Musste bisher für jedes Sensormodul ein neuer Treiber programmiert werden, deckt mit der Alvium Technologie ein einziger Treiber sämtliche Sensorvarianten der Kameraserie ab. (Bild: ALLIED Vision Technologies GmbH)
Einfache Softwareintegration
Die Alvium Technologie bietet Systemintegratoren vielfältige Steuerungsmöglichkeiten für unterschiedliche Anwenderprofile. Embedded Systementwickler setzen in der Regel keine hohen Ansprüche an integrierte Bildverarbeitungsfunktionen. Die Alvium 1500 Serie ist genau für dieses Anwenderprofil zugeschnitten. Die Kamera besitzt eine CSI-2 Schnittstelle und lässt sich per Video4Linux2 (V4L2) bzw. GStreamer anbinden, die derzeit gängigsten Softwareschnittstellen für Embedded Applikationen. Mit diesen Protokollen können die Grundeinstellungen des ISPs im Alvium SoC konfiguriert werden. Darüber hinaus erhalten anspruchsvollere Anwender den vollen Zugriff auf die Kamerafunktionalitäten per Direct Register Access (DRA). Die Alvium 1800 Serie richtet sich dagegen an Entwickler von anspruchsvolleren Embedded Vision Anwendungen oder Systemintegratoren aus der klassischen PC-basierten Bildverarbeitung, die zum Embedded System migrieren möchten. Sie unterstützt die gleiche Softwareanbindung wie die Alvium 1500 und zusätzlich das Generic Control Protocol des GenICam Standards.
GenICam für Embedded
GenICam macht nicht nur die Migration von PC-basierten zu Embedded Systemen einfacher, sondern eröffnet für Embedded Anwender die Möglichkeit, auf GenICam-kompatible Visionbibliotheken wie z.B. Halcon oder Matlab zurückzugreifen. Die Zeiten, in denen Embedded Systementwickler ihre Anwendung komplett selbst programmieren mussten, sind damit vorbei. Von nun an stehen ihnen auch leistungsstarke Bildverarbeitungssoftware zur Verfügung. GenICam wird in der Alvium Serie vorerst im Zusammenspiel mit USB 3.1. Gen. 1 bereitgestellt. Die EMVA hat jedoch einen GenICam Standardisierungskomitee für MIPI CSI-2 ins Leben gerufen, dessen Vorsitz Allied Vision inne hat. Bald werden also auch CSI-2 Kameramodule GenICam unterstützen können.
