Machine Vision goes Embedded

Teil 2: Schnittstelle zum Software-API vor embedded Vision

Die GenCam- und GenTL-Standards dienen hauptsächlich dem Zugriff auf Machine-Vision-Kameras für die Aufnahme von Bildrohdaten. Embedded-Smart-Kameras arbeiten hingegen anders. Durch ihre interne Bildverarbeitung geben sie keine Rohbilder aus, sondern vorverarbeitete Bilder bis hin zu Ergebnisdaten. Diese neue Komplexität von Multi-Format- und Multi-Layer-Daten mit festen oder variablen Datenlängenformaten von Messergebnissen erfordert allerdings generischere Beschreibungsmodelle von Datenformaten/-strukturen und der enthaltenen semantischen Information.

Auf dem Future Standards Forum Meeting im April 2015 wurde die Gründung der EVSG (Embedded Vision Study Group) beschlossen, um der wachsenden Bedeutung der Embedded Vision Standards gerecht zu werden. Die dreiteilige inVISION-Serie gibt aktuelle Entwicklungen der EVSG wieder. Diese ist in dem internationalen Standardisierungsverbund G3 – bestehend aus den Verbänden AIA, CMVU, EMVA, JIIA und VDMA – eingebunden. Der Report kann als registriertes Mitglied über die VDMA-Homepage, Fachbereich Industrielle Bildverarbeitung (http://ibv.vdma.org), heruntergeladen werden.

Datenverarbeitung in einer embedded Smart Camera kann sich auf verschiedene Typen, von Prozessormodulen verteilen. Bilddaten können z.B. von FPGAs, GPUs und auch ARM-CPUs verarbeitet werden, deren Abfolge nicht fest definiert ist. Hierdurch wird ein flexibles Modell benötigt, das die Prozessormodule als Black Boxes´ mit Ein- und Ausgänge beliebig kombinieren lässt. Dieses erfordert allerdings eine allgemeinere Beschreibung von Datenformaten und -strukturen, die den jeweiligen Ein-/Ausgängen und Kapazitäten angepasst ist. Das Prozessormudul-Netzwerk muss in einer allgemeinen Weise beschrieben werden. Da die Module von unterschiedlichen Herstellern sein können, muss zudem deren Interoperabilität sichergestellt sein. Die Fallbeispiele listen sieben unterschiedliche Szenarien (u.a. 3D Smart Cameras, programmierbare und mit festen Funktionen, basierend auf ARM-CPUs oder FPGA-SoCs) auf. Interessant sind die Vorüberlegungen zu 3D-Kameras, die schon vor der EVSG-Initiierung (s. Kasten) formuliert wurden und ebenso auf den Bedarf einer erweiterten Beschreibung der Datenformate, -strukturen und Semantik hinweisen.

Abwehr von Hackerangriffen

Eine weitere Fallbetrachtung liegt im Bereich der Sicherheitsmechanismen, um Hackerangriffe abzuwehren. Als eine Anforderung im Bereich großer Factory-Floor-Netzwerke ist es zukünftig wichtig, originale Bilddaten oder Ergebnisdaten vom Sender zu verschlüsseln und beim Empfänger zu entschlüsseln und dann zu validieren. Die Anforderungsliste an einen Standardisierungskandidaten umfasst zwölf Einträge. Tabelle 1 zeigt eine Auswahl. Wegen der großen Verbreitung von GenCam in der Bildverarbeitung gab es die Entscheidung, das eine Lösung GenCam-kompatibel sein muss. Die Evaluierung alternativer Lösungen wurde abgebrochen, nachdem sich zeigte, dass eine GenCam Erweiterung praktikabel sein könnte. Die Vorüberlegungen zu Lösungen bei 3D-Kameras beschleunigten den Prozess. Anforderungen an einen IP-Schutz können ausschließlich in Kombination mit Hardwarelösungen integriert werden. Hier wurde neben dem USB-Dongle und der Netzwerkkarten-ID, ein Unique Identifier Chip oder die DNS/FPGA-Seriennummer als vielversprechendste Lösungsansätze gesehen. Hierfür müssten die SFNC und GenTL der GenCam-Spezifikation entsprechend erweitert werden. Die EVSG empfiehlt, GenCam um die Anforderungen im Bereich embedded Systeme zu erweitern. Der Schwerpunkt ist die Unterstützung generischer Datenformate und Prozessormodule. Initiativen mit ähnlichen Anforderungen (Standards für 3D-Zeilensensoren) sollen zukünftig in den Prozess miteinbezogen werden. Die Erweiterungen sollen innerhalb der GenCam-Gruppen ausgearbeitet werden. GenCam ist derzeit bereits ein weitverbreiteter Standard in der Bildverarbeitung. Durch die Implementierungen der Erweiterungen wird er zukünftig auch zu einer essentiellen Schnittstelle für embedded Systeme werden.

Fazit

Der bereits existierende Softwarestandard GenCam und GenTL reichen generell für die Anforderungen an embedded Systeme aus. Dennoch werden einige Erweiterungen empfohlen, um die steigende Komplexität neuer Datenformate und Parameterisierungen von Komponenten abzudecken. Die Anforderungen an die Erweiterungen sind bereits für den Bereich der 3D-Kameras formuliert worden und müssen, um eine Anwendungsbreite zu erreichen, verallgemeinert werden. Die EVSG spricht sich hierbei für eine Erweiterung von GenCam, die Aufnahme generischer Datenformate und von Prozessor-Module aus.

Teil 3 zeigt die Untersuchung und Ergebnisse zum Standardisierungskandidaten für die Schnittstelle zwischen der Kamera und der Verarbeitungsumgebung.

[Die verwendeten Bilder, Tabellen und Grafiken sind Teil der EVSG Studie, die Texte geben ausschließlich Inhalte der EVSG Studie wieder.]

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