Entwicklung auf PC-Applikation auf Embedded-System
Bildverarbeitung auf
Embedded Systemen
Mit dem Software-Paket Halcon Embedded kann die volle Leistung der umfassenden Halcon-Bibliothek für die industrielle Bildverarbeitung für eingebettete Systeme ausgeschöpft werden. Dadurch, dass die Entwicklung auf dem PC erfolgt und die Applikation auf dem Embedded-System läuft, wird die Programmierung eines Embedded-Systems sehr vereinfacht.
Bildverarbeitungssysteme müssen in hoher Geschwindigkeit Qualität kontrollieren, Fehler erkennen und gegebenenfalls steuernd eingreifen. Sie müssen robust sein, zuverlässig arbeiten, und das oft unter erschwerten Einsatzbedingungen. Das Technologieunternehmen MVTec Software GmbH ist ein führender Hersteller von Standard-Software für die industrielle Bildverarbeitung. Die Produkte des international tätigen Unternehmens werden weltweit in den unterschiedlichsten Branchen und Anwendungen eingesetzt, wie beispielsweise in der Nahrungsmittelindustrie, dem Gesundheitswesen und der Biotechnologie, im Automobilbau und der Robotik, der Verpackungsindustrie und der medizinischen Bildanalyse, um nur einige zu nennen. Sie identifizieren Barcodes, Datacodes und bieten hochperformante OCRs – selbst unter erschwerten Bedingungen – zum Beispiel, wenn die Prüflinge verschmiert oder teilweise verdeckt sind. Sie kontrollieren das Druckbild von Etiketten, Marken, Stempeln oder Formularen. Sie werden in der Platinen-, Halbleiter- und Chipkontrolle zur Prüfung von Position und Vollständigkeit eingesetzt. Bei der Oberflächenkontrolle untersuchen sie unterschiedlichste Materialien hinsichtlich Löcher, Falten, Einschlüsse, Verunreinigungen etc.
Schnell, genau und robust
Die Standardsoftware Halcon von MVTec mit integrierter Entwicklungsumgebung für die industrielle Bildverarbeitung ist schnell, genau und robust. Die flexible Software-Architektur ermöglicht eine schnelle Anwendungsentwicklung für die industrielle sowie medizinische Bildverarbeitung und die Bildanalyse. Die Software bietet hohe Leistungsfähigkeit und umfangreiche Unterstützung von Multicore-Plattformen, MMX und SSE2 sowie CPU-Beschleunigung. Sie deckt alle Industriezweige ab, mit einer Bibliothek von mehr als 1600 Operatoren für Blob-Analyse, Morphologie, Pattern-Matching, Vermessung, Identifikation, 3-D-Vision etc.. Die Software ist kompatibel zu den Betriebssystemen Windows, Linux und Solaris. Die gesamte Bibliothek kann durch übliche Programmiersprachen wie C, C++, C#, Visual Basic .NET oder Delphi angesprochen werden. Außerdem garantiert Halcon Hardware-Unabhängigkeit durch die Unterstützung einer Vielzahl von Schnittstellen zu hunderten Industrie-Kameras und Framegrabbern.
Halcon Embedded
Mit dem Software-Paket Halcon Embedded kann die volle Leistung dieser umfassenden Bibliothek für die industrielle Bildverarbeitung für eingebettete Systeme ausgeschöpft werden. „Halcon Embedded bedeutet, dass Halcon auf einem speziellen Betriebssystem läuft und die unterschiedlichsten Nicht-Standard-Hardware-Plattformen bedient werden können“, erklärt Dr. Gerhard Blahusch, Leiter der Abteilung Solutions + Services bei MVTec. Halcon ist auf verschiedene Mikroprozessoren/DSPs, Betriebssysteme und Compiler portierbar. Gerhard Blahusch: „Durch die offene und flexible Struktur von Halcon kann der Programmierer auf dem PC entwickeln und problemlos den Transfer zur Hardware – einer Smart-Kamera oder einem proprietären Prozessor – vornehmen. Kurz gesagt: Entwicklung auf dem PC. Applikation auf dem Embedded-System.“ Die Anwendung, die sonst auf dem PC läuft, ist in diesem Fall in einem robusten und industrietauglichen Embedded-Gerät integriert. Ein direktes Entwickeln auf der jeweiligen Hardware ist damit nicht nötig. Blahusch: „Dadurch wird die Programmierung eines Embedded-Systems sehr vereinfacht.“ Gerade in Anwendungen mit proprietären Plattformen wie beispielsweise in der Robotik muss die verwendete Software auch andere Plattformen unterstützen als handelsübliche PCs. „Grundsätzlich lassen sich alle PC-basierten Lösungen auch auf Embedded-Basis realisieren. Einschränkungen gibt es nicht bedingt durch die Software, allenfalls, abhängig vom Prozessor, bei Geschwindigkeit und Funktionalität“, so Dr. Wolfgang Eckstein, Geschäftsführer von MVTec.
Kein direktes Entwickeln auf der jeweiligen Hardware
Die robuste Embedded-Hardware bietet für den industriellen Einsatz viele Vorteile. Zum einen enthält sie keine bewegten Teile wie beispielsweise Lüfter, was eine passive Kühlung ohne Kühler ermöglicht. Positiv ist weiterhin der geringe Stromverbrauch. Eine beispielhafte Embedded-Plattform verbraucht in der Regel zwischen 2 bis 5 Watt, im Extremfall höchstens 10Watt, inklusive Kamera. Im Vergleich dazu verbraucht ein PC je nach Generation 60 bis 300Watt, Kamera und Framegrabber noch nicht eingerechnet. Gerhard Blahusch: „Auch ein Stromausfall oder ein unbeabsichtigtes Ein- und Ausschalten kann diesen Geräten nichts anhaben. Sie erreichen immer wieder den aktuellen Zustand.“ Durch die ständige Miniaturisierung sind Embedded-Geräte auch bei sehr geringen Platzverhältnissen einsetzbar.
Robuste Hardware für industriellen Einsatz
Halcon Embedded enthält über 1600 Operationen, wie beispielsweise für Blob-Analyse, Morphologie, Pattern-Matching, Vermessung, 3D-Kalibrierung und Mehrbild-Stereoanalyse. Die interaktive Entwicklungsumgebung von Halcon, HDevelop, ermöglicht das schnelle und einfache Entwickeln für die Bildverarbeitungsaufgaben. Durch die unterschiedlichen Schnittstellen, wie digitale Ein- und Ausgänge, GigaBit-Ethernet und USB2.0, kann das errechnete Ergebnis direkt in den Produktionsprozess zurückgeführt werden.
Halcon Embedded für BeagleBoard
Halcon Embedded wurde auch erfolgreich getestet für die Plattformen BeagleBoard und Nokia N900. Um Halcon Embedded auf dem Beagle Board testen zu können, hat MVTec Halcon 9.0 zuerst portiert und anschließend dessen Lauffähigkeit mit Erfolg geprüft. „Typische Bildverarbeitungs-Algorithmen wie Filter oder Blob-Analyse können mit Halcon in wenigen Millisekunden auf dem BeagleBoard abgearbeitet werden. Subpixel-präzise Messungen sind sogar in weniger als einer Millisekunde möglich“, so Gerhard Blahusch. Das Beagle Board ist eine OMAP3-basierte Plattform, die sich durch extrem niedrige Anschaffungskosten bei hoher Performanz (ähnlich einem Laptop) und niedrigem Stromverbrauch auszeichnet. Das Board wurde von der BeagleBoard.org-Community entwickelt. Der OMAP3530-Prozessor von Texas Instruments basiert auf ARM Cortex-A8 Kern, der mit 500 MHz getaktet ist.
Halcon Embedded läuft auf dem Nokia N900
Die Standard-Bildverarbeitungssoftware Halcon Embedded läuft auch auf dem Mobiltelefon Nokia N900 (Linux-basiertes Betriebssystem Maemo). Erste Testläufe haben gezeigt, dass die Performanz außerordentlich gut ist. Diese Tests ergaben auch, dass auf Halcon basierende Applikationen erfolgreich für das Nokia N900 entwickelt werden können. Die Bildverarbeitungsanwendung wird hierbei zunächst mit Halcon auf dem PC entwickelt, um anschließend den automatisch erzeugten Code für das Nokia N900 Handy zu übersetzen und auf dem mobilen Gerät laufen zu lassen. Hier sind alle Bildverarbeitungsanwendungen denkbar, die für mobile Plattformen von Interesse sein können. Dazu zählen Schrifterkennung (OCR) bis hin zu Handschriften, das Auslesen von Formularen, Lesen von Barcodes und Datacodes, das Erkennen von Objekten (Matching) und das Zählen von Objekten. Außerdem können Bilder verbessert werden, eine automatische Kalibrierung für Kameralinsenverzeichnungen ist ebenfalls möglich.
Unbegrenzte, schnelle und weltweite Datenübertragung
Der Vorteil von Bildverarbeitungs-Anwendungen mittels Mobiltelefon liegt auf der Hand: Die Daten können überall unabhängig vom Standort mit der integrierten Kamera erfasst und nach der Auswertung unbegrenzt und schnell weltweit übertragen werden. „Eine Portierung von Halcon Embedded in andere Mobiltelefone ist technisch möglich. Wenn Kunden dies wünschen, können wir dies umsetzen“, so Blahusch. „Grundsätzlich ist Halcon Embedded auf jede Plattform und jedes Betriebssystem portierbar.“ Mit diesem Schritt betritt Halcon Embedded erstmalig auch eine Plattform jenseits der klassischen Hardware aus der industriellen Bildverarbeitung und eröffnet neuen Anwenderkreisen die Vorteile von leistungsfähiger Bildverarbeitung. „Dadurch haben wir gezeigt, dass Halcon Embedded nicht nur im industriellen Umfeld eingesetzt werden kann“, sagt Wolfgang Eckstein.
Autor: Andrea Hackbarth
