Schnelles Hinzufügen maschineller Bilderfassung zu Ihrer nächsten Anwendung mit leicht zu verwendenden Kameramodulen

Das Sehvermögen ist bei weitem der wichtigste Sinn. Etwa 80 % aller Informationen, die wir im täglichen Leben nutzen, stammen von unseren Augen. Unser visueller Input wird unglaublich schnell verarbeitet. 2014 fanden Neurowissenschaftler des Massachusetts Institute of Technology (MIT) heraus, dass das Gehirn aus dem, was das Auge in nur 13 Millisekunden (ms) gesehen hat, ein ganzes Bild formen kann.

Angesichts der Bedeutung des Sehens ist es nicht verwunderlich, dass viele von uns ihre Maschinen mit visuellen Sensoren ausstatten wollen. Die Erweiterung eines Produkts um maschinelle Bilderfassung eröffnet eine Vielzahl von Möglichkeiten, die sonst nur schwer oder gar nicht zu realisieren wären. Beispiele hierfür sind Inspektionsmaschinen an Montagelinien, die Fehler in einem frühen Stadium des Fertigungsprozesses erkennen können, oder Lagerroboter, die das Verfallsdatum von Produkten überprüfen können.

Die Herausforderung besteht darin, das stereoskopische, hochauflösende Farbsehen des menschlichen Auges zu imitieren. Glücklicherweise ist eine solch hohe Leistung für die meisten industriellen Anwendungen nicht erforderlich. Nehmen wir an, Sie möchten, dass eine Maschine einen Strichcode überprüft. In diesem Fall muss der Sensor keine hohe Pixelzahl aufweisen oder Farben erkennen, das Objektiv kann einfach sein, ohne dass ein breites oder tiefes Sichtfeld erforderlich ist, und das System muss die Informationen nicht besonders schnell verarbeiten. So haben Sie die Möglichkeit, aus einer breiten Palette preiswerter, zuverlässiger kommerzieller Bildverarbeitungssysteme zu wählen, die für diese Aufgabe gut geeignet sind.

Sie können das menschliche Auge ergänzen, indem Sie einen Sensor wählen, der für elektromagnetische Wellenlängen oberhalb und unterhalb des visuellen Spektrums empfindlich ist. Das Hinzufügen von Infrarot-Funktionen (IR) ist zum Beispiel relativ einfach und ermöglicht es einer Maschine, zu sehen, was das menschliche Auge nicht sehen kann.

Die Auswahl eines aktiven Sensors ist eine Sache, aber Ihr Bildverarbeitungssystem benötigt noch mehr, einschließlich eines Objektivs und einer Halterung, einer elektrischen Verbindung zwischen dem Sensor und dem Anwendungsprozessor sowie der unterstützenden Elektronik und Software, damit alles funktioniert. Daher kann es zeitaufwändig und kostspielig sein, verschiedene Sensor- und Objektivalternativen aufeinander abzustimmen und zu testen, z. B. ein Ultraweitwinkelobjektiv für die Erfassung eines breiten Spektrums oder ein Allzweckobjektiv für herkömmlichere Aufnahmesituationen.

Kompakt und formvollendet

STMicroelectronics hat den Entwicklungsprozess mit seinen Kamera-Promodulen CAM-55G0/CAM-56G3/CAM-66GY vereinfacht. Die ausschließlich für Entwicklungszwecke konzipierten Promodule umfassen den erforderlichen Bildsensor, den Objektivhalter, das Objektiv und den Plug&Play-Anschluss für das flexible Flachkabel (FFC) (Abbildung 1). Sobald Sie den Entwicklungsprozess abgeschlossen haben, empfiehlt STMicroelectronics Ihnen, mit dem Unternehmen zusammenzuarbeiten, um eine kommerzielle Lösung zu finden.

Abbildung 1: Die Promodule CAM-55G0/CAM-56G3/CAM-66GY bestehen aus einer Linse, einem Linsenhalter, einer Sensorplatine und einem FFC-Kabel. (Bildquelle: STMicroelectronics)

Die Promodula sind klein, mit einem Footprint von 5 oder 6,5 Quadratmillimetern (mm²). Sie basieren auf einem kompakten, stromsparenden Bildsensor mit einer Größe von 2,73 x 2,16 Millimetern (Abbildung 2). Der Sensor eignet sich für Geräte mit eingeschränkter Größe, wie z. B. Augmented-Reality/Virtual-Reality-Brillen (AR/VR-Brillen) oder persönliche Elektronik. Er arbeitet im sichtbaren und nahen IR-Spektrum und bietet eine Auflösung von 644 x 604 Pixel (0,38 Megapixel (MP)).

Abbildung 2: Der optische Sensor im Herzen des Promoduls misst nur 2,73 x 2,16 mm. (Bildquelle: STMicroelectronics)

Die Promodule verwenden das MIPI-CSI-2 (CSI-2: Camera Serial Interface 2), ein weit verbreitetes Hochgeschwindigkeitsprotokoll zur Übertragung von Stand- und Videobildern von Sensoren an Anwendungsprozessoren. Die Sensoren verfügen außerdem über eine automatische Dunkelkalibrierung, eine Korrektur defekter Pixel sowie analoge und digitale Verstärkungen.

Maschinelles Sehen durch eine andere Linse

STMicroelectronics macht es Ihnen leicht, verschiedene Bilderfassungsoptionen auszuprobieren. Es sind mehrere Promodul-Referenzdesigns mit verschiedenen Objektiven und optischen Konfigurationen erhältlich. Sie werden mit einer fokussierten Linse geliefert, die in einer Reinraumumgebung geklebt und getestet wurde, und sind mit demselben FPC-Anschluss und derselben Pinbelegung ausgestattet. Dies ermöglicht eine schnelle Plug&Play-Konfiguration eines Promoduls mit einem anderen Objektiv unter Verwendung der gleichen Entwicklungswerkzeuge und optischen Parameter.

Für die Entwicklungsarbeit gibt es zwei Möglichkeiten. Sie können entweder das USB-Kit STEVAL-EVK-U0I1 (Abbildung 3) verwenden und ein S-Board STEVAL-55G1MBI1 anschließen, das die montierte Kamerabaugruppe enthält (Abbildung 4), oder Sie können das P-Board STEVAL-CAM-M0I1 verwenden und es an Ihre bevorzugte eingebettete Verarbeitungsplattform anschließen. Für das P-Board müssen Sie das Promodul separat kaufen. Das EVK mit dem S-Board kann über eine USB-Verbindung an einen PC angeschlossen werden, während die Entwicklung mit dem P-Board von der eingebetteten Verarbeitungsplattform aus erfolgt.

Abbildung 3: Das S-Board STEVAL-55G1MBI1 wird in das USB-Kit STEVAL-EVK-U0I1 eingesteckt, das über einen USB-Anschluss mit einem PC verbunden ist. (Bildquelle: STMicroelectronics)

Abbildung 4: Das S-Board STEVAL-55G1MBI1 enthält die montierte Kamerabaugruppe. (Bildquelle: STMicroelectronics)

Software für die grafische Benutzeroberfläche (GUI) und Linux-Treiber stehen bei STMicroelectronics zum Download bereit.

Fazit

Das Hinzufügen von maschineller Bilderfassung bringt einer Anwendung überzeugende neue Möglichkeiten. Dennoch kann die Auswahl des optimalen Systems aus dem breiten Angebot an kommerziellen Lösungen auf dem Markt zeitaufwändig und schwierig sein. Die Promodule von STMicroelectronics und die zugehörige Software vereinfachen den Entwurfs- und Entwicklungsprozess. Sie ermöglichen es Ihnen, verschiedene Objektiv- und Optikkonfigurationen auszuprobieren, indem Sie ein anderes Promodul an das EVK oder die eingebettete Verarbeitungsplattform anschließen.