高效处理图像数据

通过精益图像处理工序降低成本

现代视觉应用会产生海量数据。借助图像预处理技术,我们的数据缩减系统能显著减轻数据负载,从而减少所需的计算硬件、降低运营成本并提高效率。

Basler数据缩减系统依赖于图像预处理技术。它可以减少对计算硬件的需求,并降低成本。

选择Basler数据缩减系统的4大理由

  • 成本最高可降低80%

    FPGA图像预处理可大幅降低内存需求和计算成本
  • 应用灵活

    只需选择合适的CoaXPress相机,即可配合可编程图像采集卡使用
  • 可扩展性高,能够满足未来需求

    适用于配备1至99台相机的CXP系统,可扩展为CoaXPress-over-Fiber光纤架构系统
  • 设计精益

    选择采用关键组件较少的简单系统配置,降低维护难度

具有高细节精度和快速循环时间的视觉系统:

对计算架构有严苛的要求

CoaXPress作为一项成熟的视觉标准,为高性能图像处理系统打下了坚实基础;相机通过CoaXPress图像采集卡连接到计算架构。

高精度、高循环速率的视觉系统对算力要求极高
存储需求是基于一个示例系统计算得出的,该系统配备1台头戴式相机(boost boA5120-230,2100万像素)和8台侧置相机(ace 2 V a2A2448-210cm,500万像素)。在带宽方面则对比了各接口的最大传输量。

每五分钟传输4 TB的图像数据,传输速率为108 Gbps

此类视觉系统生成的图像数据量极为庞大。为了处理这些数据,许多计算架构的设计思路是将图像在多个计算单元(通常是工业PC)之间转发。第一帧图像被发送至第一个单元,几微秒后,下一帧图像紧随其后被发送至第二个单元,以此类推。这种数据转发方式仅需5分钟就能轻易产生多达4 TB的图像数据。

数据缩减系统

清理和压缩图像数据可提高系统运行效率

在应对不断增长的海量图像数据方面,当前的状况如何?实际上,应用通常采用基于数据转发的计算架构:图像第1帧被转发至计算单元1,图像第2帧被转发至计算单元2,以此类推。数据被分割并转发,直到数据率降至后续计算单元可处理的水平。

传统方式的计算架构示意图

传统方式的计算架构

图像采集卡的功能仅限于转发图像数据。因此,计算单元必须配备多块高性能图形处理单元(GPU)和中央处理器(CPU)。

  • 图像数据的输入带宽不受限制。

  • 高成本源于多块昂贵的GPU和CPU。

数据缩减计算架构

已经过编程的图像采集卡FPGA成为了视觉系统的催化剂。它首先执行图像数据清洗,例如阴影校正。然后通过分割(例如blob分析)缩减图像数据

  • 100 Gbps的输入带宽可被降至2 Gbps。

  • 数据缩减系统能显著降低对GPU和CPU性能的需求。

系统的成本效益最高可提升80%

传统计算架构与数据压缩计算架构的成本比较
机器视觉系统的成本比较:在投资成本和总运营成本方面,基于FPGA的图像预处理技术都更具成本效益。
  • 即便仅从一次性投资成本来看,数据缩减视觉系统也比传统方法具有优势,成本效益最高可提升28%

  • 设备每运行一年,运营成本即可降低80%。

  • 也就是说,在约十年的典型使用寿命周期内,它节省的费用也可达到80%左右

这个对比还考虑到了相机、图像采集卡、主机系统和GPU的采购成本,以及云存储和能源的持续运营成本。

一个系统,多种用途

相机选型灵活,在系统中组合使用相机时也同样灵活多变。同时,用户可自由选择计算架构和所使用的算法。也可随时组合使用和进一步扩展系统组件。

配备CXP-12相机的多相机系统

CoaXPress相机和镜头

当视觉系统需要在保持

三个图像采集卡中的FPGA负责图像预处理,确保高效的计算架构。

带FPGA图像预处理功能的图像采集卡

每个数据缩减系统的核心组成都是CoaXPress图像采集卡VisualApplets软件的组合体。二者协同工作,负责对图像数据流进行预处理——甚至可以在数据到达工业PC之前完成预处理。

如何实现效率提升?

电极涂覆示例:仅约2%的图像区域与分析相关,需要进行更详细的分析和后续处理。

利用blob分析识别相关图像区域,避免系统数据拥堵

FPGA编程环境VisualApplets可用于高效地执行包括blob分析在内的许多图像处理任务。在此过程中,系统会将连通像素区域作为独立对象从背景中分离(分割)出来,并用面积大小、轮廓长度和边界框坐标等特征进行描述(分类)。

如果在预处理阶段已执行blob分析,则可在首次保存图像数据之前进行分割。因此,后续步骤只需继续处理相关的感兴趣区域(ROI),显著减少要传输和存储的数据量

JPEG压缩:在保持相同成像质量的前提下减少图像数据量
医用液体袋示例:尽管采用了高强度的JPEG压缩,成像质量仅略有下降。可按需求选择合适的质量级别,以确保标签等重要细节仍然清晰可辨。

通过图像压缩减少数据量

JPEG压缩可以显著减少每张图像的数据量。即使将JPEG质量适度从100%降至75%,数据量仍可减少多达86%,同时保持出色的成像质量。在许多应用中,它甚至可以加强压缩力度,进一步提升节省空间的潜力。

数据量的减少显著降低了存储、传输和计算成本。虽然可编程图像采集卡会带来额外的投资成本,但很快就能通过其他方式收回成本。在以60 fps连续运行约14天后,节省的存储成本即可抵消这笔投资。

在典型的两年运行周期内,尽管初期会产生额外成本,但总体成本仍可节省约85%。此后,该系统将持续以更经济的方式运行,并为更高带宽和未来扩展预留空间。

详细了解JPEG压缩
这个效果值得一试:在审视从感光芯片、相机FPGA直至计算架构的整个图像处理链的过程中,往往能发现提升效率的潜力。
Kevin Höfle
Kevin Höfle
应用工程师
我们对系统的整体化方法始终能一次又一次地赢得客户的信赖。
Hans Chen
Hans Chen
客户支持

数据缩减能显著减少对计算硬件的需求,它可实现:

高性能视觉系统,兼具卓越的成本效益。

数据缩减在哪些应用场景中特别值得采用?

当生产线速度不断提升,同时又必须满足最高质量要求时,传统的图像处理系统很快就会达到性能极限。而数据缩减系统非常适合那些需要高检测精度的高速应用。

印刷电路板(PCB) 3D自动光学检测(AOI)

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晶圆与微芯片检测

平板显示器检测

显示器检测

功能

如何为您的应用选择数据缩减视觉系统

针对您的图像处理需求,我们可提供出色的CoaXPress面阵相机和线阵相机、精密光学元件、高性能图像采集卡以及软件组合。

基于FPGA加速计算的图像处理视觉方案

我们能迅速为您打造数据缩减视觉系统

我们的项目团队能够在图像采集卡的FPGA上快速高效地实现锐化、blob分析、JPEG压缩等图像预处理算法,或是为您定制个性化的视觉方案。

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Sangrae Kim

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