Permanent hohe Rechenleistung
Kommerzielle Prozessoren werden bzgl. ihrer Produktlebensdauer kurz gefertigt und in Standard-PCs verbaut. Für Industrieanwendungen existieren jedoch spezielle embedded Serien, die mehr als fünf Jahre erhältlich sind. Im Bereich der Bildverarbeitung müssen die Produkte zusätzlich zur Langzeitverfübarkeit hohe Rechenleistung bieten. Damit steigen Stromverbrauch und Kühlung des Prozessors, in der Regel per Lüfter. Anders als bei Desktop-PCs, die gelegentlich 3D-Darstellungen erzeugen müssen, fordert die Bildbearbeitung vom Rechner permanent hohe Rechenleistung. Daher können Anwender hier nicht – wie bei digitalen Anzeigetafeln – auf Tricks wie sogenannte Boost-Strategien zurückgreifen, bei der kurzfristig die Rechenleistung gesteigert wird. Industrielle Bildverarbeitung arbeitet rund um die Uhr, hohe Performance muss daher permanent zur Verfügung stehen. Diese Palette an Anforderungen an die industrielle Bildverarbeitung ergänzt zudem der Wunsch und die Notwendigkeit, die Rechner lüfterlos betreiben zu können. Normalerweise mit anderen Komponenten im Schaltschrank eingebaut, sollen sie über Jahre ihren Dienst ohne jegliche Wartung verrichten. Diesen Ansprüchen versucht die VisionBox AGE-X gerecht zu werden: Von Atom bis zum i7 stehen Prozessoren zur Verfügung, die für Bildverarbeitung geeignet sind. In allen Versionen ist die embedded Serie von Intel eingesetzt. Durch den Einsatz aktueller Technologie bleibt der Stromverbrauch gering und der Rechner lässt sich ohne Lüfter betreiben.
Atom oder i7 – Klassische Bedienung oder Multi-Touch
Doch bei Bildverarbeitungsaufgaben geht es nicht nur um die von den Algorithmen benötige Rechenleistung. Weitere Themen betreffen die Bedienoberfläche und die Kommunikation per Netzwerk. Alte Anlagenbedienungen sehen oft spartanisch und unmodern aus – benötigen jedoch für die Grafik kaum Rechenleistung; Multi-Touch und HMIs mit 3D-Effekten wie Schatten oder Tiefe benötigen wiederum hohe Rechenleistung. Daher gilt es zu überlegen, wie oft ein Live-Bild angezeigt werden oder die Statistikgrafik erneuert werden muss. Dann sind Standardaufgaben auch mit einem nicht so leistungsstarken Atom-Prozessor umsetzbar. Die Webseite cpubenchmark.net zeigt hierzu beispielsweise Vergleichswerte im CPU Benchmark: Ein Pentium M mit 1,4GHz, oft in Industrie-PCs verbaut, kommt beim PassMark PerformanceTest auf 368 Punkte, der Atom der VisionBox AGE-X hingegen auf 656 Punkte. Der i7 bei 1GHz gelangt zu 1.482 und mit 2GHz auf einen Wert 1.621.
Herausforderung Echtzeit
Weitere Kriterien zur Auswahl eines geeigneten Bildbearbeitungssystems betreffen Kameraauflösung und Echtzeitbedingungen. Beispielsweise nehmen zwei typische Kameras mit einer Chipauflösung von einem Megapixel Bilder von Etiketten auf, an denen 20 Etiketten in einer Sekunde vorbeilaufen. Echtzeit heißt somit, dass Bildauswertung und Ergebnisausgabe nach 1s/20 – also 50ms – abgeschlossen sein müssen. Der Rechner erhält also pro Sekunde eine Datenrate von: 1Megapixel von jeder der beiden Kameras mal 20 Bilder, entsprechend 40Mbyte in jeder Sekunde. Die Bildaufnahme ist bei einer Kamera, die 60 Bilder pro Sekunde liefert nach rund 17ms abgeschlossen. Zusätzlich sollte man eine Sicherheit von 3ms geben. Somit bleibt für die Verarbeitung der beiden Bilder 30ms, also pro Bild 15ms. In diesem Beispiel arbeitet der Prozessor mit einem Takt von 1,5GHz, das heißt ein Prozessortakt dauert 0,75ns. Erhält er innerhalb von 15ms ein Bild von einem Megapixel, ergibt sich pro Pixel im Mittel 15ms/1MPixel oder 15ns/Pixel. Dem 1,5GHz schnellen Prozessor bleiben im Mittel 20 Zyklen pro Pixel für die Berechnung. Schnell sind also die hohen Rechenleistungen für Bildaufnahme, CPU-Last, Betriebssystem, HMI und Echtzeit ausgeschöpft. Eine Vorabrechnung oder ein Testaufbau sind daher sinnvoll. Auch kann mit Hilfe von Testprogrammen das System unter Stress gesetzt werden, um das Zeitverhalten zu simulieren, ohne dass bereits die Applikation entwickelt wird. Rechenleistung hängt also nicht nur von den Algorithmen ab, das Konzept muss richtig ausgelegt sein. Als Experte auf diesem Gebiet berät die Imago Technologies GmbH Unternehmen und hinterfragt die Anforderungen, damit die Systemauslegung passend erfolgt. Ziel ist es, dem Anwendungsprogrammierer ein möglichst hochwertiges, für seine Aufgabe einschaltfertiges System zu übergeben.
