Was ist industrielle Bildverarbeitung? Auswahl des Bildverarbeitungssystems für Ihre Anwendung

Assured Systems bietet eine breite Palette von Bildverarbeitungssystemen für eine Vielzahl von Anwendungen. Erfahren Sie, was Machine Vision ist und was es für Sie bedeutet.

Besprechen Sie Ihre Projektanforderungen

Die maschinelle Bildverarbeitung wird immer häufiger für eine Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, z. B. zur Kontrolle von Fertigungsstraßen und zur Überwachung. Spezielle Bildverarbeitungskameras können mehr Daten extrahieren als ein einzelner, speziell angefertigter Sensor. Mit diesen Bildverarbeitungskameras kann eine Vielzahl von Daten extrahiert werden, darunter Temperaturinformationen, Maßangaben und Überprüfungen des Vorhandenseins oder Nichtvorhandenseins eines Gegenstands sowie eine Vielzahl anderer nützlicher Informationen. Wenn Computer diese Art von Entscheidungen auf der Grundlage visueller Informationen treffen, spricht man von maschineller Bildverarbeitung. Mit den Fortschritten beim maschinellen Sehen wurde die Fähigkeit unseres Gehirns, visuelle Informationen schnell zu verarbeiten, von der Computerhardware für das maschinelle Sehen übertroffen.

Beispiele für Anwendungen des maschinellen Sehens

Qualitätskontrolle an der Produktionslinie

Ein industrielles Bildverarbeitungssystem löst eine Kamera aus, um ein Bild eines Autos zu machen, das von einer Produktionslinie kommt. Das Foto wird an einen Computer gesendet, der das Bild analysiert, um sicherzustellen, dass das Auto frei von Markierungen oder Anomalien ist.

Produktidentifizierung und -sortierung

Eine Lebensmittelverpackungsanlage, die Avocados verarbeitet, verwendet eine 4K-Kamera, um Größe und Form der Avocado zu bestimmen. Anschließend analysiert ein Bildverarbeitungs-PC die Avocados und eine Sortiermaschine schickt die Avocados je nach Größe nach rechts oder nach links.

Überwachung der Polizei

Mehrere 4K-Kameras überwachen einen öffentlichen Bereich. Gesichtserkennungs

kognitionssoftware wird verwendet, um nach einer vermissten Person oder einem Kriminellen zu suchen.

Arztgestützte Entscheidungsfindung

Der CT-Scan eines Patienten wird in einer Datenbank mit Millionen anderer CT-Scans analysiert. Der Computer weist den Arzt dann auf Anomalien hin oder kann sogar eine Diagnose stellen.

Beispiel für die maschinelle Inspektion eines Motors.

Was ist ein Bildverarbeitungssystem?

Ein Bildverarbeitungssystem besteht aus einer oder mehreren Kameras für die Bilderfassung in Kombination mit einem Steuergerät, das die Erfassungs- und Analysesoftware ausführt. Diese Systeme können viele Formen annehmen, aber einige gängige sind Smart-Kameras, bei denen Kamera und Steuergerät in einer Einheit integriert sind, sowie Kameras, die über einen Framegrabber oder eine andere Schnittstelle wie Ethernet oder USB mit einem Echtzeit-Steuergerät für die industrielle Bildverarbeitung verbunden sind.

Beispiel einer intelligenten All-in-One-Kamera für die industrielle Bildverarbeitung	Beispiel für einen Echtzeit-Controller für die industrielle Bildverarbeitung

Sie können jedes dieser Systeme für ähnliche Anwendungen einsetzen, aber alle haben einzigartige Merkmale, die sie für bestimmte Anwendungsfälle besser geeignet machen. Um die beste Bildverarbeitungssteuerung für Ihre Anwendung auszuwählen, ist es wichtig, Ihre Anforderungen zu berücksichtigen und sie mit der für die Aufgabe am besten geeigneten Steuerung abzustimmen. Obwohl der offensichtlichste Gesichtspunkt die Verarbeitungsleistung des Controllers ist, gibt es zusätzliche Überlegungen wie unterstützte Kameras, E/A-Fähigkeiten und die Fähigkeit zur Integration in die bestehende Infrastruktur, die einen ebenso großen Einfluss auf den Controller haben, den Sie auswählen.

Erforderliche Verarbeitungsleistung für Machine Vision

Die integrierte Verarbeitungsleistung kann sich direkt darauf auswirken, welche Algorithmen Sie ausführen und wie schnell Ihr Bildverarbeitungssystem Entscheidungen treffen kann. Ein Barcode-Inspektionssystem mit nur einer Kamera benötigt deutlich weniger Rechenleistung als ein Stereovisionssystem mit mehreren Kameras. Darüber hinaus benötigt ein Bildverarbeitungssystem mit E/A oder Bewegungssteuerung mehr Verarbeitungsleistung, um sicherzustellen, dass sowohl die Bildverarbeitungskomponente als auch die E/A- und Bewegungssteuerungskomponente deterministisch arbeiten können. In dem Bestreben, die für die Bildverarbeitung benötigte Zeit zu verkürzen, verwenden einige Hersteller jetzt eine heterogene Verarbeitung zur Ausführung von Bildverarbeitungsalgorithmen. Bei diesem heterogenen Verarbeitungsansatz wird eine Kombination aus CPUs und GPUs, FPGAs oder DSPs verwendet, um Bilder schneller zu verarbeiten als mit einer dieser Komponenten allein. Die heterogene Verarbeitung verkürzt die Zeit, die für die Verarbeitung von Bildern benötigt wird, und kann sogar die Verwendung von Bildern als Eingabe für einen Regelungsalgorithmus ermöglichen. Es ist wichtig, dass Sie die Algorithmen, die Sie verwenden wollen, und die Zeit, in der das System sie ausführen muss, genau kennen, bevor Sie einen Controller für Ihr Bildverarbeitungssystem auswählen.

Unterstützung von USB3 Vision-Kameras und GigE Vision-Kameras

Der Computer ist auf Peripheriegeräte angewiesen, um visuelle Informationen zu sammeln. Dabei kann es sich um eine einfache Kamera handeln, die die Farbe oder Größe eines Objekts auf Ihrer Produktionslinie erfasst, oder um eine 4K-Videokamera, die Personen beim Betreten oder Verlassen Ihres Geschäfts beobachtet. Eine Wärmebildkamera kann verwendet werden, um sicherzustellen, dass Lebensmittel gründlich erhitzt werden, oder um die Körpertemperatur von Arbeitern zu überprüfen, wenn sie Ihre Fabrik betreten. Röntgengeräte werden bei der Sicherheitskontrolle am Flughafen eingesetzt, um den Inhalt Ihrer Tasche zu überprüfen. Dieses Beispiel beruht auf einer menschlichen Entscheidungsfindung, aber Röntgenbilder können zur Analyse und Entscheidung an einen Computer gesendet werden, der das menschliche Element unterstützt oder ganz überspringt.

Röntgengeräte, CT-Scanner, MRT-Geräte und andere medizinische Bildgebungsgeräte können alle mit einem Bildverarbeitungssystem arbeiten. Die medizinische Aufnahme wird an den Computer gesendet und dann analysiert oder mit Millionen anderer Bilder verglichen. Der Computeralgorithmus kann dann dem Patienten eine zusätzliche Untersuchung oder Behandlung empfehlen. Vergewissern Sie sich, dass die Hardware Ihres Bildverarbeitungscomputers über alle Anschlüsse verfügt, die für den Anschluss der geplanten Peripheriegeräte erforderlich sind.

USB3 Vision Frame Grabber	GigE Vision Frame Grabber

Die Anzahl der Kameras und die Art des Kommunikationsbusses, den Sie für die Bilderfassung verwenden möchten, spielen ebenfalls eine Rolle bei der Entscheidung für einen Controller. Nachdem Sie die Kameras für Ihre Anwendung ausgewählt haben, vergewissern Sie sich, dass der Controller den Kommunikationsbus unterstützt, den Ihre Vision-Kameras verwenden. Zwei gängige Industriestandard-Busse für die industrielle Bildverarbeitung sind USB3 Vision und GigE Vision. Diese Standards ermöglichen es Steuerungen, mit Kameras über Standard-USB 3.0- oder Ethernet-Anschlüsse zu kommunizieren, wie sie bei Verbrauchern und Industriecomputern üblich sind. Bei beiden Standards können mehrere Kameras über einen Hub oder Switch an einen Anschluss angeschlossen werden. Dies ist ein akzeptabler Weg, um mehr Kameras zu einem System hinzuzufügen, aber bedenken Sie, dass jede an den Hub angeschlossene Kamera die Bandbreite mit den anderen an denselben Hub angeschlossenen Kameras teilt. Außerdem werden bestimmte Funktionen wie Power over Ethernet (PoE) von den meisten Switches für Endverbraucher nicht unterstützt. Wenn Sie diese Funktionen nutzen möchten oder Ihr System nicht über genügend Bandbreite für die gemeinsame Nutzung durch mehrere Kameras verfügt, sollten Sie einen Controller wählen, der über mehrere unabhängig voneinander gesteuerte Ports verfügt, damit jede Kamera die volle Bandbreite nutzen kann.

Die beste Bildverarbeitungsspezifikation für Ihre Anforderungen

Hier gelten die typischen Industriestandards: Die Bildverarbeitungscomputer von Assured Systems sind kompakt, robust und lüfterlos, um Erschütterungen, Hitze und Staub standzuhalten, die bei PCs der Verbraucherklasse normalerweise zu Ausfällen führen würden.

Wenn Ihr Computer ausfällt, kann Ihr gesamter Betrieb zum Erliegen kommen. Daher ist es wichtig, dass der Computer so gebaut ist, dass er auch in rauen Umgebungen funktioniert und mehr als 5 Jahre hält. Im Gegensatz zu Computern für Endverbraucher sind Industrie-PCs in der Regel für 15 Jahre erhältlich. Wenn Ihr Computer kaputt geht oder Sie Ihren Betrieb erweitern und ein zweites System einrichten wollen, können Sie denselben Box-PC über viele Jahre hinweg weiter kaufen. Dies reduziert die Gemeinkosten, die durch die mehrfache Beschaffung, Prüfung und Validierung anfallen.

Diese Bildverarbeitungssysteme werden in der Regel als Headless-Systeme eingesetzt. Das bedeutet, dass kein Bildschirm angeschlossen wird, da dieser in der Regel nicht benötigt wird, so dass das System im Hintergrund analysieren kann. Einige Bildverarbeitungssysteme, wie z. B. selbstfahrende Autos, können so programmiert sein, dass sie den Benutzer (Fahrer) mit einem Signalton oder Alarm warnen, verlassen sich aber darauf, dass der Mensch die Informationen verarbeitet und Entscheidungen trifft.

Industrie-PCs sind aufgrund ihrer Erweiterbarkeit und Modularität ideal für Bildverarbeitungsanwendungen. Für manche Aufgaben ist ein Standard-Mini-PC genau das Richtige für Sie. Schließlich sind diese Computer für industrielle Anwendungen konzipiert und verfügen über gängige E/As und Funktionen für die industrielle Bildverarbeitung und ähnliche Anwendungen. Bildverarbeitungssysteme sind jedoch einzigartig. Erweiterungssteckplätze und benutzerdefinierte Konfigurationsoptionen sind ein effektiver Weg, um genau das zu bekommen, was Sie für Ihr System brauchen, ohne für etwas zu bezahlen, was Sie nicht brauchen.

Ein weiteres wichtiges Merkmal von Bildverarbeitungscomputern ist die TPM 2.0-Sicherheit. Die TPM-Hardware-Sicherheit ist sicherer als Software allein. TPM schützt den Computer vor raffinierten Hacking-Methoden, Brute-Force-Angriffen und physischem Diebstahl des Computers. In einer Situation, in der Ihr Computer wichtige Daten über Ihr Unternehmen erfasst, Maschinen steuert oder die Qualität Ihres Produkts überwacht, ist es unerlässlich, Ihren Computer auf höchstem Niveau zu sichern.

PoE verwendet ein Ethernet-Kabel, um ein Gerät mit Strom zu versorgen und Daten zu und von dem Gerät zu übertragen. PoE kann in Bildverarbeitungssystemen sehr vorteilhaft sein, wenn mehrere Kameras entlang einer Montagelinie oder in einer Anlage platziert sind. Damit entfällt die Notwendigkeit, ein Stromkabel zu jedem Gerät zu verlegen oder eine Steckdose in der Nähe jedes Geräts zu installieren. Computer können über Ethernet mit Strom versorgt werden, und einige Computer können andere Geräte wie Kameras und Monitore über ihre Ethernet-Anschlüsse mit Strom versorgen.