Visuell verlustfreier Kompression für vernetzte Kameras
JPEG XS ist ein ISO-standardisierter Kompressionscodec, der mit einer sehr niedrigen Latenz und geringer Rechenkomplexität visuell verlustfreie Qualität mit Kompressionsraten von bis zu 10:1 möglich macht. Auflösungen von bis zu 8k, Bildraten von 24 bis 120fps und die Verarbeitung von RAW-Bayer Bilddaten werden unterstützt.
In der optischen Qualitätsprüfung ist mit JPEG XS die Übertragung hochauflösender Bilder über Standard Ethernet mit Bilddaten bis 32MPixel und bis zu 120fps, mit minimaler Latenz und nahezu verlustfreier Kompression möglich. (Bild: Fraunhofer-Institut IIS)
Die Anforderungen an die Qualitätsprüfung steigen stetig, damit steigt auch die Notwendigkeit immer höher aufgelöste Bilder zu übertragen und Details auszuwerten. Bei Großanlagen werden in der industriellen optischen Qualitätskontrolle dazu üblicherweise mehrere Kameras verwendet. Eine komplexe Auswertung kann jedoch nicht direkt in der Kamera erfolgen, sondern passiert auf einem externen Rechner. Der bis jetzt einschränkende Faktor dieser Prüfkonstellation sind die möglichen Datenraten und Distanzen zwischen Aufnahmeort und Analyserechner. Am Fraunhofer-Institut für Integrierte Schaltungen IIS entwickelten die Bild- und Kompressionsspezialisten eine softwarebasierte Kodierungslösung auf Basis von JPEG XS, die in bestehende Kameras und Systeme integriert werden kann.
120fps fast verlustfrei Komprimiert
Der Kompressionsstandard JPEG XS ermöglicht die Übertragung hochauflösender Bilder über Standard Ethernet. Mit dem JPEG-XS Codec können Bilddaten bis 32MPixel und 24 bis 120 Bildern pro Sekunde, mit minimaler Latenz und nahezu verlustfreier Kompression übertragen werden. Damit ist es jetzt möglich, statt mehrerer Kameras mit niedriger Auflösung, auch nur eine (bzw. wenige) hochauflösende Kameras zu verwenden und die Daten über eine Standardverbindung zu übertragen. Der JPEG XS Codec bietet zudem eine garantiert konstant einstellbare Bitrate und passt sich so an die vorhandene Infrastruktur an. Ändert sich die Übertragungsanbindung, kann die Bitrate jederzeit ´mitwachsen´. Durch die Verwendung von GigE und Kompressionsraten von 6:1 bis 10:1 wird Vieles leichter und günstiger. Distanzen und Kabellängen zwischen Kamera und Rechner bis zu 100m sind kein Problem. Damit ist die Verlagerung der Auswertung auf einen abgesetzten Rechner bzw. Rechnercluster problemlos möglich.
Vorteile für optische QS
Dort, wo heute komplette Kamerasysteme mit Auswertung oder eng angebundener Recheneinheit für die optische Prüfung genutzt werden müssen, z. B. in großen Prüfanlagen für die Endloskontrolle oder wo diese, aufgrund der nicht-vorhandenen Möglichkeiten wie Platz oder Beleuchtung nicht eingesetzt werden können, ist JPEG-XS eine Alternative. Die Anpassung von Analyse, Prüfverfahren sowie Verarbeitungsgeschwindigkeiten erfordert keinen Komplettaustausch des Bildverarbeitungssystems mehr, sondern reduziert sich allein auf die Investition in eine neue Recheneinheit.
Wie wird JPEG XS im Prozess eingesetzt?
Mit JPEG-XS werden die hochaufgelösten Bilddaten in Echtzeit und ohne sichtbare oder die Analyse beeinträchtigende Qualitätseinbußen an einen performanten Rechner oder ein Rechencluster übertragen und mit derselben Geschwindigkeit und Genauigkeit ausgewertet. Limitierende Faktoren für eine solche Vernetzung, wie spezielle Interfaces und geringe Kabellängen, fallen dadurch weg, denn JPEG XS überträgt Datenraten bis zu 1GE über Standard Ethernet. Zudem bietet der Standard auch die direkte Verarbeitung von RAW Bayer-Bilddaten. Dies macht ihn besonders geeignet für abgesetzte Kameraköpfe zur Qualitätskontrolle. Alle sensorspezifischen Vorverarbeitungen, wie das Demosaicing müssen beispielsweise nicht mehr zwangsläufig direkt nahe am Sensor in der Kamera erfolgen. Für die Dokumentation bzw. Archivierung ist eine zeitgleiche Übertragung an einen zusätzlichen Dokumentationsrechner oder in die Cloud denkbar. Bei Neuanpassung der Analyseparameter muss zudem kein komplettes System angeschafft, aus-, ein- oder umgebaut werden: Die Anpassung erfolgt über die Software auf dem Rechner bzw. kann durch den Austausch desselben jederzeit entsprechend erhöht werden.
