Photometric Stereo im FPGA
Zur Lösung hat MSTVision den Photometric Stereo Ansatz im FPGA umgesetzt und mit der MultiChannel Technologie kombiniert. So ist es jetzt möglich, große Flächen mit mehreren Zeilenkameras lückenlos nach dem Photometric Stereo-Verfahren zu bewerten. Der Framegrabber stellt dazu – ohne zusätzliche CPU-Belastung – die Ergebnisse von Photometric Stereo als vier optionale Bilder bereit (mittlere Krümmung, X- und Y-Ableitung, Albedobild). Dabei wurde viel Wert auf Vergleichbarkeit zu den auf dem Markt verfügbaren Software-Bibliotheken gelegt. Die neue Lösung ist nicht auf Zeilenkameras begrenzt, sondern kann auch für Matrixkameras eingesetzt werden. Durch die umfangreiche Parallelisierung im FPGA können je Framegrabber sehr hohe Datenraten bei gleichzeitig geringer Leistungsaufnahme verarbeitet werden. So wäre der Framegrabber microEnable 5 VCLx theoretisch in der Lage bis zu 1GByte/s zu verarbeiten. In der praktischen Anwendung wird dies jedoch durch das verwendete Interface (z.B. CameraLink), aber auch dem zur Verfügung stehendem internen Speicher (Block-RAM), limitiert. Bandbreiten von bis zu 755MB/s konnten aber bereits umgesetzt werden. Die Berechnung in der CPU und GPU ist ebenfalls möglich, hat jedoch den Nachteil einer deutlich höheren Leistungsaufnahme (Bild 2). Die neue Technologie erlaubt es zusätzlich zu den vier Beleuchtungsrichtungen noch weitere beliebige Beleuchtungen zu erfassen. Zur einfachen Parametrierung steht eine grafische Benutzeroberfläche zur Verfügung. Sie ermöglicht die Eingabe der Kameraparameter und der Beleuchtungs-Geometrien sowie die Erzeugung der benötigten Timing-Sequenzen (Bild 3).
Fazit
Konnte das Photometric Stereo Verfahren in Multikamerasystemen mit hohen Datenraten bisher nicht umgesetzt werden, ist dies nun durch die FPGA-Beschleunigung leicht realisierbar. Hierfür stehen eine Vielzahl von Kameras und Beleuchtungskomponenten zur Verfügung. Eine zusätzliche Softwarebibliothek ist nicht erforderlich. Die Auslagerung der Berechnung auf den Framegrabber ermöglicht deutlich kompaktere Systemarchitekturen. Neben den hier vorgestellten standardisierten FPGA-Lösungen, bietet MSTVision auch die Erarbeitung von Sonderlösungen mit dem neuen Verfahren als Dienstleistung an. So kann diese auch mit einer im Framegrabber laufenden automatischen Defektdetektion (Blob-Analyse) erweitert und mit der von MSTVision angebotenen Highspeed-Sorting-Technologie kombiniert werden. Der Einsatz der FPGA-basierten Deep-Learning-Lösungen von Silicon Software ist ebenfalls geplant.
