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机器视觉相机厂商利用传输层IP核缩短产品上市时间


时间:2020-02-27

应用领域:机器视觉


   设计机器视觉相机及系统的工程师们,其核心能力通常是配置核心相机功能,以提供最佳图像,同时满足尺寸、重量和功率预算及其他需求。但是工程师们还必须花费大量的时间和精力成功地将图像从相机传输到主机。领先的视觉传输层标准,如GigEVision、USB3Vision和CoaXPress(CXP)非常复杂,并且一直在发展,因此即便是有经验的协议工程师,通常也需要数月的时间才能完成接口设计。

   一些领先的机器视觉制造商,如Ozray(前身为NIP)、Crevis和Sick,正在通过购买传输层接口知识产权(IP)来应对这一挑战,这些知识产权随时可以与其他相机功能一起整合到现场可编程门阵列(FPGA)中。

   来自韩国龙仁市的相机供应商Ozray公司的执行董事兼首席技术官KeithAhn表示:“IP核的使用使我们能在同样的时间内设计更多的相机,同时缩短了产品上市时间。”

   “使用IP核的最大优势在于,我们利用之前所需时间的一部分,就可以创造一个可靠的标准传输接口。”同样位于韩国龙仁市的机器视觉公司Crevis公司的首席执行官JuneHwang说道。

   十年前,CameraLink是最广为应用的机器视觉传输层接口。CameraLink的传输部分定义完美,但是没有指定控制路径,因此每个相机应用其自己的配置协议,要求在主机侧进行单独调整以完全支持相机。时至今日,相机和主机之间的机器视觉通信基本已经实现了标准化,主要使用了CXP、GigE和USB接口。与早期产品相比,新的视觉标准更加复杂,需要更严格的时间裕度。标准本身不断发展的事实也带来了更大的复杂性,要求对标准进行审核,有时要对传输层的实施进行升级。

传输层IP核

   机器视觉传输层IP核的出现,减少了开发相机-主机接口的时间。例如,图像采集卡供应商Euresys旗下的Sensor toImage (S2I)公司提供了能够满足最新CXP、GigEVision和USB3Vision接口标准的IP核。这些IP核确保了相机和主机的交互操作性,同时确保兼容该接口层的最新版本。

   S2I的视觉标准IP核解决方案作为工作参考设计交付,附带FPGA IP核,已针对大量的流行图像采集卡和图像采集库进行了充分测试。IP核尺寸紧凑,为其他视觉功能留出了大量空间。


图1 S2I公司提供的传输层IP核

   它们兼容Xilinx 7及更新的产品、Intel/Altera Cyclone V和更多近期的设备。


图2 带有CXP和IMX Pregius接口板的Xilinx Kintex 7评估板


图3 带有CXP接口板的Intel Cyclone 10评估板


图4 带有MIPI CSI-2传感器和CXP接口板的MVDK评估板

   顶层设计包括外部硬件(如图像传感器)和传输层PHY之间的接口作为VHDL源代码提供,可以进行改编以自定义IP核支持的领先FPGA平台上的硬件。

   参考设计的视频采集模块,可以模拟具有测试图案生成器的相机。此模块作为VHDL源代码提供,可用相机设计中的传感器接口和像素处理逻辑代替。FPGA集成CPU(MicroBlaze、NIOS或ARM)用于视觉标准IP核上的一些非时间关键型控制和配置任务。此软件采用C语言编写,用户可自行扩展。

   “通过复用IP核,机器视觉公司可以专注于如何生成最佳图像,同时能够完全自由地使用任何所需硬件,以满足尺寸、重量和功率预算问题。”Euresys(欧洲/中东/非洲)销售和支持副总裁JeanCaron说。“我们与CoaXPress、USB3Vision和GigEVision委员会紧密合作,确保我们的IP核兼容最新修订版的标准。”S2I的IP产品专家MatthiasSchaffland说道。

   S2I最近推出了一个IMXPregius IP核,提供了一个面向索尼PregiusSub-LVDS图像传感器的接口。公司很快会推出面向主要用于嵌入式视觉系统和移动设备的MIPI传感器的接口。S2I提供批量许可,完美适合于具有大量产品线的公司,也提供单个许可,是小型生产线公司的最佳选择。无论采用哪种许可方式,均提供培训和技术支持。

实施案例

   Ozray是一家机器视觉相机供应商,该公司在其Pollux和Pamina产品、线性扫描相机及其Deneb热成像仪中实施了IP核。Ahn表示自行开发CXP和GigE传输层接口会比购买IP昂贵得多。“通过购买IP核,我们可以将内部工程设计资源集中于图像处理和控制传感器功能,这在以前是不可能的,因为要将太多的资源用于开发相机-主机接口。”Ahn说,“通过扩展我们的接口产品,从过去仅有CameraLink到现在还可以提供CXP和GigE,我们现在已经能进入新的市场。我们对S2I提供的IP核和服务100%满意。”


图5 Ozray实施了S2I的传输层IP核的工业相机

   Crevis也是机器视觉相机和工业控制器的领先厂商。Hwang介绍说,以前需要大量的工程设计人力为其区域扫描相机的传输层接口开发内部传输逻辑、设备驱动和Tx/Rx库。“现在我们从S2I为GigE、CXP和USB接口购买了IP核,这样我们的工程师就能专注于开发传感器接口和相机功能。”Hwang说,“S2I提供了参考设计、培训和技术支持。这种方式使得我们用过去所需时间的一部分,就可以开发出可靠的标准传输接口。通过将IP核集成到替换许多其他零件的FPGA中,我们还降低了相机的尺寸和制造成本。”


图6 Crevis公司通过将S2I的传输层IP核集成到FPGA中,降低了相机的尺寸和制造成本

Sick的Ranger33D流传输相机每秒提供更多的3D剖面,并具有大高度范围和高质量图像。“Ranger3的早期产品使用专有的千兆以太网接口,以提供遵照标准不能提供的功能,”SICKIVP AB软件3D相机高级专家MattiasJohannesson说,“标准发展后包含了我们所需的功能,我们想要采用它,但是我们不希望分散工程设计资源以在内部完成此工作。S2I提供了质量可靠的标准IP核以及新的定制模块,以满足标准的扩展。在整个实施过程中,我们与S2I进行了充分沟通,包括多次面对面会议。我们的工程设计团队能够专注于我们的成像器和信号处理器,使得最新的Ranger3版本得以尽快面市,这比我们自行开发接口快多了。”


图7 Sick公司实施了S2I的传输层IP核的Ranger 3 3D相机

   “IP核允许机器视觉公司使用GigEVision、USB3 Vision和CoaXPress标准制造基于FPGA的产品,以较小的尺寸提供最优的性能,同时让开发时间最短。” S2I的IP产品专家Schaffland总结说。