人間に代わって特定用途の目視検査をするシステム、マシンビジョン (MV)。この技術を利用すれば、品質管理のための目視検査が不要になります。マシンビジョンは、高速カメラとコンピュータの組み合わせを使用して、デジタル画像取得・分析だけでなく複雑な検査作業も実行します。得られたデータはパターン認識、選別、ロボットアーム制御などに使用可能です。主なマシンビジョン・アプリケーションとして、以下が挙げられます。

  • 欠陥検出
  • 計測
  • 誘導、部品追跡、および識別
  • 光学式文字認識/照合 (OCR/OCV)
  • パターン認識
  • 包装/製品/表面/ウェブ検査

インテル FPGA の優位性 – 性能、柔軟性、および接続性

下の図に示すように、インテルの MAX® 10Cyclone® IV デバイスファミリーなどの FPGA を使用することで、以下が実現可能となります。

  • フレーム・グラバ・ボード (CameraLink などのプロトコルを使用) で高性能画像処理を実現して、リアルタイムに近いフレーム・レートを達成
  • ピクセル単位のゲイン・コントロール、欠陥ピクセル補正、ダイナミック・レンジ拡大などのリアルタイム機能をカメラ・システムに統合
  • FPGA の柔軟性を生かし GigE Vision や CameraLink などの進化するカメラ・インタフェースをサポート
  • PCI*、PCIe*、ギガビット・イーサネット、USB などの各種バス・インターフェイスの実装
  • 画像取得、カメラ・インタフェース、前処理、通信機能などの幅広い機能を 1 個の FPGA に統合
  • Cyclone V SoC を使用して、ARM* A9 ハード・プロセッサ・システムが実行するマシンビジョン・アルゴリズムと画像信号処理パイプラインを組み合わせて完全なワンチップ・マシンビジョン・システムを構築します。
  • MathWorks 社の Simulink と Embedded Coder を使用して、Cyclone® V SoC 向け C/C++ コードを生成します。このソリューションは、HDL Coder の インテル® SoC FPGA サポートと組み合わせて使用することにより、シミュレーション、プロトタイピング、検証、および実装にまたがるインテル® SoC FPGA のハードウェア/ソフトウェア・ワークフローに利用できます。詳細については https://www.mathworks.com/hardware-support/altera-soc-ecoder.html をご覧ください。

柔軟性 – FPGA がサポートする各種センサ/MV インタフェース

GigE Vision は、イーサネット・ネットワークを介した画像ストリーミングおよびデバイス・コントロールのためのオープン、高性能、かつスケーラブルなフレームワークを提供します。このインタフェース規格は、クライアント/サーバ交換アーキテクチャをベースにしたネットワーク・マシンビジョン・システムのための環境を提供し、複数のカメラを複数のコンピュータに接続することを可能にします。

GigE Vision には以下の特長があります。

  • Automated Imaging Association (AIA) が仕様を管理
  • イーサネット/IP/UDP 上でプロトコルを実装し、1 Gbps (ギガビット・イーサネットの場合) から 10 Gbps (10 ギガビット・イーサネットの場合) までの最大データ転送レートを実現
  • 銅線で最大 100 m のデータ転送距離
  • スイッチ、リピータ、または光ファイバ・コンバータを使用してデータ転送距離を延長
  • 低コストのケーブル (CAT5e または CAT6)、標準コネクタ、およびハードウェアを使用

複数の GigE カメラを使用した GigE Vision アプリケーションの例

 

Figure 1. GigE Vision application example using multiple GigE cameras


提供: Pleora Technologies Inc.

インテル® MAX 10、Cyclone IV、Cyclone V デバイスファミリーなどの FPGA を使用して GigE Vision アプリケーションを実装すれば、以下をはじめとする多くの利点が得られます。

  • 単一の FPGA デバイスへの画像取得、カメラ・インターフェイス、前処理、および通信の統合
  • 各種カメラ・インタフェースやバス・インタフェースの進化に柔軟に対応可能
  • ボード・サイズの縮小、部品点数の削減、およびハードウェアのリスピンの最小化による TCO (総所有コスト) 削減
  • FPGA の長いライフ・サイクルや最新 FPGA ファミリーへの容易な移行による陳腐化リスクの低減

 

詳細については、販売代理店またはパートナーまでお問い合わせください。

 

フレーム・グラバは、マシン・ビジョン・アルゴリズムを実行するホスト PC と MV カメラをリンクします。最新版では通常、PCI-e を使用してカメラから産業用コンピュータ内のホスト・プロセッサにビデオを転送します。

USB 3 Vision は、非常に注目度の高いインタフェースとして浮上しています。USB 3 を使用する利点は、最新 PC に多数搭載された USB 3 インタフェース、低コスト、最大 5 Gbpsの転送レート、低消費電力/CPU オーバヘッドのほか、最長 5 メートルのケーブル 1 本によってアクティブ・リピータ不要でデータと電力を伝送可能なことが挙げられます。

CoaXPress は、最長 130 メートルのケーブルを使用して、ケーブル 1 本あたり最大 6.25 Gbps の伝送が可能です。最近開発されたクワッド・リンク・ケーブルを使用すれば最大 25 Gbps の伝送が可能で、高性能カメラの非常に高負荷な広帯域幅接続にも対応します。クワッド・リンク CoaXPress インタフェース対応カードにより、シングル/デュアル/クワッド・カメラ・サポートを組み合わせて管理できます。

現在、Thunderbolt™ インタフェースを搭載した MV カメラが登場し始めています。Thunderbolt は最大 10 Gbps、Thunderbolt 2 は最大 20 Gbps の転送が可能です。対応チップセット/PC マザーボードの増加に伴い、当初採用された Apple 社のコンピュータ/ラップトップ以外にも広く普及しつつあります。USB 3 と同様の利点がありますが、Thunderbolt の方が転送レートが高いことに加え、銅線または光ケーブルの使用が可能です。