Hoch integrierte Embedded-Imaging-Lösungen

Bildverarbeitung mit hoch integrierten Embedded-Imaging-Lösungen

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Die Integration von Bildverarbeitungslösungen wird immer wichtiger. Gleichzeitig steigt die Nachfrage nach günstigen Embedded-Imaging-Lösungen und stromsparenden Systemen. 

 

(Bild: Phytec Messtechnik GmbH)

Um beiden Anforderungen gerecht zu werden, setzen Entwicklungsingenieure heute auf die möglichst weitgehende Integration von Kamera und Bilddatenverarbeitung im Prozessor des Embedded Systems. Dafür stehen innerhalb moderner Mikrocontroller eigenständige Imaging-Einheiten zur Verfügung, mit deren Integration die Prozessorhersteller auf den steigenden Bedarf an Kameras in der Consumer-Elektronik reagieren. Embedded Systeme im industriellen Bereich profitieren ebenfalls von der Ausnutzung dieser Image Processing Unit (IPU), Einheiten für Grafikbeschleunigungen oder Encoder / Decoder. Sie können zum Beispiel schlank angebundene Kameras auswerten, während sie zeitgleich Funktionen wie die Steuerung von Aktoren oder HMI-Anwendungen übernehmen. Eine separate CPU für die Kamerafunktionen kann eingespart werden. High-Level Schnittstellen werden durch die direkte Anbindung ebenfalls umgangen, wodurch sich der Hardwareaufwand für die Kameraanbindung reduziert. Phytec entwickelt Standardprodukte sowie maßgeschneiderte Gesamtlösungen, die neben dem Bildeinzug weitere Funktionen wie Motorensteuerungen, GPS, Audio, CAN oder I/O-Anwendungen unterstützen. Die standardisierten phyCAM-Schnittstellen ermöglichen dabei die Zusammenstellung skalierbarer Mikroprozessor-Module mit abgestimmten Bildverarbeitungskomponenten. Alle notwendigen Treiber für die Anbindung von Kamerasensor und Prozessor-Kamerainterface sind bereits im Board Support Package eingebunden. Unter Embedded Linux bietet das V4L2-Interface eine gängige Schnittstelle zur Anwendungssoftware und ermöglicht Kunden so die Anbindung ihrer Applikationen an die Hardware. Der nächste Schritt, die weitere Verarbeitung der Daten, kann durch den Einsatz fertiger Bildverarbeitungsbibliotheken schnell und effizient umgesetzt werden.

Kits ermöglichen den schnellen Einstieg

Für den schnellen Einstieg in die Entwicklung bietet Phytec Embedded Imaging Kits an, in denen alle notwendigen Komponenten eines Embedded-Systems mit integrierter Bildverarbeitung zusammengestellt sind. Die Kits auf Basis des i.MX 6 Prozessors von NXP sowie des stromsparenden phyCORE-i.MX 6UL Moduls decken eine große Bandbreite möglicher Anwendungen ab. Beide Varianten sind langzeitverfügbar und industrietauglich. Für den Einsatz in der Entwicklung bietet das phyFLEX-i.MX 6 Embedded Imaging Kit geeignete Voraussetzungen. Herzstück des Moduls ist der i.MX 6-Prozessor von NXP, der auf ARM Cortex-A9 basiert. Er ist wahlweise als Dual- oder Quadcore-Ausführung mit je 1GHz Taktrate verfügbar und verfügt über zwei unabhängige Kameraeingänge mit integrierter Vorverarbeitung (IPU und VPU). Damit eignet er sich sogar für die Stereoskopie und andere Anwendungen, bei denen zwei Kameras zum Einsatz kommen. Die beiden Kameraschnittstellen des phyFlex-Moduls können als parallele oder als serielle Eingänge konfiguriert werden. Sie passen nahtlos an die fertig verfügbaren phyCam-Kameramodule von Phytec. Im Lieferumfang des Kits ist eine 5 Megapixel phyCam-P Farbkamera VM-011-COL-M12 enthalten. Die Kamera wird mit M12 Objektivhalter und passendem Objektiv geliefert. Je nach Anwendung können auch andere phyCam-Kameras verwendet werden. Während das phyFlex Embedded Imaging Kit als voll ausgebautes Development Board mit Mapper geliefert wird, erhalten Kunden mit dem phyBoard-Mira bereits einen fertigen und serientauglichen Single Board Computer mit ausgewähltem Funktionsumfang. In seiner Variante als Embedded Imaging Kit enthält der SBC das phyCore-i.MX 6 Modul in der Quadcore-Variante, montiert auf eine nur 100x72mm große Pico-ITX Basisplatine. Das Kamerainterface des Moduls ist als serielle phyCam-S/S+-Schnittstelle herausgeführt. Ein monochromes Kameramodul mit WVGA-Auflösung ist ebenfalls im Lieferumfang enthalten, mit M12-Objektivhalter und passendem Objektiv (12mm Brennweite). Selbstverständlich kann das Kit auch mit anderen phyCAM-S/S+-Kameras kombiniert werden. Sämtliche Anschlusskabel, das angepasste Linux-BSP und ein Manual ermöglichen den sofortigen Einstieg in die Entwicklung.

Übersicht Phytec Embedded Imaging Kits: Durch die modulare Steckverbindung bzw. DSC-Technik sind die phyCore / phyFlex Module auch in kundenspezifischen Basisboards einsetzbar. Somit ist die Integration der Bildverarbeitung auch in ganz individuellen Lösungen schnell und effizient möglich. (Bild: Phytec Messtechnik GmbH)

Blick in die Entwicklung

 

Derzeit in Entwicklung ist das phyBoard-Nunki, ein speziell für Bildverarbeitungsanwendungen konzipierter SBC, der gegenüber dem phyBoard-Mira mit zwei phyCam-P oder phyCam-S+-Schnittstellen sowie einem MIPI-Kameraeingang ausgestattet ist. Er wird voraussichtlich noch im Herbst dieses Jahres offiziell präsentiert.

Kameraschnittstellen des NXP-i.MX 6-Prozessors: Die beiden IPUs können die empfangenen Bilddaten per DMA direkt im Speicher ablegen. Die Kameras können entweder über parallele Schnittstellen oder über MIPI CSI-2 angeschlossen werden. (Bild: Phytec Messtechnik GmbH)

Evaluierung und Serie

Durch die modulare Steckverbindung bzw. DSC-Technik sind die phyCore/phyFLEX Module auch in kundenspezifischen Basisboards einsetzbar. Somit ist die Integration der Bildverarbeitung auch in ganz individuelle Lösungen schnell und effizient möglich. Mit dem ultrakompakten phyCore-i.MX 6 Modul lässt sich anspruchsvolle Bildverarbeitung in Geräte mit kleinen Gehäuseabmessungen integrieren. Allerdings gibt es auch immer wieder Aufgaben, bei denen der Anspruch an die Bildverarbeitung deutlich geringer ist. Im Vordergrund stehen dann häufig ein niedriger Energieverbrauch und die Preisoptimierung der Hardware. Speziell für diese kostensensitiven Projekte eignet sich das neue phyCore-Modul mit der preisgünstigen i.MX 6UL-Variante. Hier kommt der i.MX 6UL-Prozessor von NXP zum Einsatz, der auf dem ARM Cortex-A7 basiert und in der G2/G3 Variante mit einem Kameraeingang ausgestattet ist. Die Kameraschnittstelle des Controllers ist am phyCore-Modul als paralleler Eingang verfügbar. Die phyCam-Kameramodule von Phytec lassen sich dadurch sehr einfach anschließen. Angepasst an die Rechenleistung ist z.B. die VM-010-Kameraserie sowohl in der monochromen als auch in der Farbvariante optimal dafür geeignet. Im Lieferumfang des Kits ist neben dem phyCore-i.MX 6UL Modul mit Basisplatine das Kameramodul VM-010-BW-M12 (WVGA-Auflösung, monochrom) enthalten, auch hier inklusive M12 Objektivhalter und Objektiv. Abgerundet wird das Paket mit einem 7″ Display (800×480) inklusive kapazitivem Touch.

Autor: Dipl.-Ing. Heiko Fendrich,
Bereichsleiter Digital Imaging,
Phytec Messtechnik
www.phytec.de

Phytec Messtechnik GmbH
www.phytec.de

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