Realtime: Wenn µs zählen
Aber nicht nur der Gesamtdurchsatz ist entscheidend: In anderen Anwendungen liegt das Hauptaugenmerk darauf, die Bilddaten schnell und deterministisch zur Auswertung vorliegen zu haben. Bei AOI-Systemen in der Elektronikproduktion ist z.B. die Framerate nicht konstant hoch, d.h. es wird vielmehr eine Reihe von Bildern unter unterschiedlichen Lichtbedingungen möglichst schnell aufgenommen. Geschwindigkeit und Realtime sind dort besonders wichtig, da sofort im Anschluss die Mechanik die nächste Prüfposition anfährt. Bei mehreren tausend Prüfpositionen steigert eine schnelle, latenz- und jitterfreie Sequenzaufnahme den Gesamtdurchsatz des Inspektionssystems erheblich. In der Bildverarbeitung ist Windows als Betriebssystem am weitesten verbreitet. In der schnellen, stabilen und jitterfreien Bilderfassung liegt aber eine große Herausforderung: Windows ist nicht geeignet, Befehle im Millisekunden-Takt an Kamera oder Framegrabber abzusenden oder gar zu verarbeiten. Hier stören die vielen parallel laufenden Prozesse, die über den Windows-Scheduler priorisiert werden und der unvorhergesehene Latenzen von bis zu 500ms hervorrufen kann. Gleich zwei Ansätze, um diese Hürde zu überwinden bieten die Radient eV Boards: Zum einen gibt es einen speziellen Burst-Grab-Mode. Dieser onboard-Frameakkumulator startet mit dem Absenden eines einzigen Software-Befehls eine High-Speed-Aufnahme: Der Framegrabber sorgt – ohne den Eingriff des Betriebssystems – für das Aufsetzen der Grabs sowie das Queing und Umschalten der Bildspeicherbereiche. Damit lässt sich z.B. auf der Radient eV CoaXPress eine Aufnahmefrequenz von >50kHz stabil und ohne Frameverlust erreichen – undenkbar für Framegrabber-lose Interfaces. Da aber auch in der anderen Richtung der Windows-Scheduler eine zuverlässige, hochfrequente und latenzfreie Benachrichtigung für Ereignisse (z.B. das Vorliegen neuer Bilddaten zur Verarbeitung) verhindert, unterstützt die gesamten Radient eV Framegrabber-Serie die Windows-Echzeiterweiterung RTX64 von IntervalZero. RTX64 ist eine SMP-Erweiterung (Symmetric Multi Processing) und transformiert Windows in ein RTOS (Real-Time Operating System) (Bild 3). So läuft Bildaufnahme, Bildspeicherung und -verarbeitung unabhängig von Windows als eigenständiger Prozess auf einem eigenen Kern mit separatem Echtzeit-Scheduler. Die Bildverarbeitung ist damit zu 100 Prozent unabhängig von Windows, selbst die Bilddaten liegen nicht im Windows-Speicher, sondern in einem von Windows unabhängigen, getrennten Speicher. Der Vorteil liegt auf der Hand: Durch die Entkopplung von Windows läuft die Bildverarbeitung unter einem echten Realtime-Kern und garantiert deterministische Antwortzeiten bei höchsten Frequenzen. Somit lassen sich auch unter Windows nun echte Realtime-Systeme mit einem Maximum an Determinismus aufbauen (Bild 4).
Fazit
GigE und USB3 Vision sind aktuell die am meisten nachgefragten Interfaces, das steht außer Frage. Keineswegs aber sind sie für jede Applikation die optimale Lösung. Manche Anwendungen gehen sogar wieder zurück auf den Framegrabber, da deren Eigenschaften im Bereich Leistung und Datendurchsatz im deterministischen Umfeld die Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems derart steigern, dass die Mehrkosten durch Hardware-Einsatz trotzdem rentabel sind.
