Barcodes, Objekte und Kanten auffinden, Blob-Analysen durchführen und Farben konvertieren: Die Vorverarbeitung von Bilddaten vor der eigentlichen Endapplikation ist aufwendig und erfordert auf ARM-Prozessoren u.U. viel Rechenleistung. Deutlich besser eignen sich dafür in vielen Fällen FPGAs. Im MIPI-Datenstrom integriert können sie die Vorverarbeitung in Echtzeit übernehmen und leiten dann lediglich relevante Bildausschnitte an die ARM-Prozessoren weiter. Dadurch können Entwickler die gewünschte Embedded Plattform für Ihre Endapplikation frei auswählen, ohne große Ressourcen für die Vorverarbeitung berücksichtigen zu müssen. Das macht die Prozessorboards kostengünstiger und vereinfacht Design sowie Entwicklung.
Kleine Kamera mit onboard FPGA
Mit diesem Gedanken hat Vision Components bereits vor zwei Jahren den ersten FPGA-Beschleuniger VC Power SoM entwickelt, der als Baustein für die Bildvorverarbeitung direkt in eine Basisplatine integriert werden kann. Mit 120.000 Logikzellen eignet er sich für extrem schnelle und effiziente Bildvorverarbeitungen. Basierend auf seinem Erfolg hat die Firma das Konzept nun weiterentwickelt. Das Ergebnis ist der VC Power SoC – ein FPGA-Beschleuniger, der als Option für alle der rund 50 verschiedenen MIPI-Kameramodule erhältlich sein wird, fest in das Design der winzigen Module integriert ist und Bildvorverarbeitungen durchführt, bevor die Daten über die MIPI CSI-2 Schnittstelle an das Prozessorboard weitergegeben werden. Gegenüber dem ursprünglichen VC Power SoM verfügt der VC Power SoC über ca. ein Fünftel der Logikzellen und weniger Speicher.
Barcodes 10x schneller lesen
Die MIPI-Kameras mit VC Power SoC sind mit einem Efinix Trion T20 FPGA ausgestattet und eignen sich für zahlreiche Anwendungen wie Farbraum-Konvertierung, Kanten- und Laserlinien-Extraktion oder das Auffinden von Markern. Ein Beispiel aus dem Labor zeigt die Vorteile der FPGA-Technologie: Für das Auffinden und Lesen eines 1D-Barcodes benötigte die CPU eines gängigen Prozessorboards rund 80ms. Wurde im selben Setup eine MIPI-Kamera mit VC Power SoC eingesetzt, die den Barcode bereits bei der Erfassung des Bildes erkannte und nur diesen Bildbereich an das CPU-Board weiterleitete, verkürzte sich die Zeit zur Identifikation des Codes auf 6ms – über 10x so schnell wie ohne FPGA-Vorverarbeitung. In Verbindung mit einer 1,6MP-Kamera, z.B. der VC MIPI IMX273, können damit Barcodes mit einer Geschwindigkeit von bis zu 240Hz erkannt werden.
Zusatzplatine fest integriert
Die VC MIPI Kameras mit FPGA-Option haben denselben winzigen Formfaktor wie ohne Zusatzboard. Lediglich in der Tiefe trägt die zusätzliche Platine um wenige Millimeter auf. Sie ist fest mit dem Kameramodul verbunden und verfügt rückseitig um einen Standard MIPI-Konnektor für FPC-Kabel. Die Kameras können damit genau so einfach wie alle anderen MIPI Kameras an jedes gängige Prozessorboard mit MIPI CSI-2 Interface angeschlossen werden. Die entsprechenden Treiber für die Inbetriebnahme stellt Vision Components kostenlos zur Verfügung. FPGA-Algorithmen für die Bildvorverarbeitung können frei programmiert werden. Beispiele für gängige Vorverarbeitungen stehen zur Verfügung und die Firma unterstützt Kunden bei der Erarbeitung der benötigten Algorithmik.
Kostenoptimierter Power SoM
Ebenfalls neu ist eine nochmals kostenoptimierte Variante des VC Power SoM. Der VC Power SoM light verfügt über einen Efinix Titanium Ti60 FPGA mit ca. 60.000 Logikzellen. Seine Leistung liegt damit zwischen dem VC Power SoC mit rund 20.000 Logikzellen und dem VC Power SoM mit 120.000 Logikzellen. Speicher und weitere Peripherie sind direkt in den Chip integriert, wodurch die Komplexität nochmals reduziert wird. Der VC Power SoM light wurde aufgrund entsprechender Nachfragen und Kundenprojekte entwickelt.
Fazit
VC Power SoC, VC Power SoM und VC Power SoM light vereinfachen das Design von Embedded Vision Systemen und erweitern das Ecosystem verfügbarer MIPI Vision Komponenten. Statt aufwendiger Entwicklung kann die Funktionalität der Vorverarbeitung mit den FPGA-Beschleunigern einfach als fertiger Baustein integriert werden. Im Falle des VC Power SoC ist die Funktionalität sogar bereits fest in das Design der Kamera integriert.
