Software für Machine Vision Was wirklich zählt Dr. Wolfgang Eckstein MVTec Software GmbH

Transkript

1 Software für Machine Vision Was wirklich zählt Dr. Wolfgang Eckstein MVTec Software GmbH

2 MVTec Software GmbH Firma konzentriert sich auf Building Vision for Business Entwicklung von Standard Softwareprodukten für die industrielle Bildverarbeitung Kundenspezifische Lösungen Produkte HALCON Umfassende Software für die industrielle Bildverarbeitung ActivVisionTools Der schnelle Weg zur Bildverarbeitungslösung Firmensitz München

3 Herausforderungen der Zukunft Bildverarbeitungsprozess Die Bedeutung von Software Wandel durch neue Technologien Technische Anforderungen an Software für Machine Vision aus Kundensicht Unterstützung neuer Technologien Verarbeitungsgeschwindigkeit Robustheit Funktionalität Genauigkeit Flexibilität Integrierte Entwicklungsumgebung (IDE)

4 Der Bildverarbeitungsprozess: Klassisch Illumination Optics Camera Frame Grabber Software Analog RS-4(6)22 CL Image in memory Result Hole Radius mm mm mm Object Analog/digital video signal Application CCD/CMOS sensor Image to main memory

5 Der Bildverarbeitungsprozess: Standard Illumination Optics Camera Acquisition / Communication Software USB/1394/GigE FG I/O Image in memory Result Hole Radius mm mm mm Object Pixel stream Application CCD/CMOS sensor Image to main memory

6 Anwendersicht I Der Anwender integriert selbst das SDK des Herstellers von Bildeinzugshardware in seine Anwendung Die Standard-Software hat keine Schnittstelle zu den SDKs Anwendung Standard Software SDK der Bildeinzugshardware

7 Anwendersicht II Die Standard-Software hat eine normierte Schnittstelle zum SDK Der Anwender nutzt diese normierte Schnittstelle in seiner Anwendung Anwendung Standard Software SDK der Bildeinzugshardware

8 Anwendersicht III Änderungsanforderungen in der Anwendung führen zu minimalen Änderungen der Anwendung Z.B ist der Wechsel von VGA auf 2 Mega Pixel Kameras und den zugehörigen Bildeinzugskarten problemlos möglich Anwendung Standard Software SDK #1 SDK #2 SDK #3 SDK #4 SDK #5

9 Anwendersicht IV Der Wechsel von analogen zu digitalen Kameras wird technisch vereinfacht Damit geht eine Kosten- und Zeitersparnis einher Anwendung Standard Software analog USB 1394 GigE?

10 HALCON: Unterstützte Schnittstellen Unterstützung von 60 verschiedenen Bildeinzugsgeräten von 24 Herstellern/Organisationen Damit Unterstützung von mehreren 100 Kameras

11 Der Bildverarbeitungsprozess: Smart Camera Illumination Optics Camera Image acquisition device Software Smart camera FG Image in memory Result Hole Radius mm mm mm Object Pixel stream Application CCD/CMOS sensor Image to main memory

12 Vorteile von Standard-Software Gleiche Schnittstellen der Standard-Software auf PC-Systemen und Intelligenten Kameras Entwicklung erfolgt auf dem PC und die Ausführung der Anwendung auf der Intelligenten Kamera Minimaler Lernaufwand für die Nutzung einer Intelligenten Kamera HALCON ist auf verschiedene Kombinationen von Mikroprozessoren bzw. DSPs, Betriebssysteme und Compiler portierbar

13 HALCON Embedded: Portierungen?

14 Verarbeitungsgeschwindigkeit Anwendungsfelder, in denen Geschwindigkeit und/oder eine hohe Datenrate nötig ist: Inspektion von Endlosmaterial Druckbildkontrolle LCD/TFT Bildschirmkontrolle Halbleiterindustrie Begrenzung ist vielerorts bereits die Mechanik Verfahren zur Beschleunigung von Algorithmen in Standard- Software Parallelverarbeitung Pipelining Unterstützung von CPU-spezifischen Maschinenbefehlen Neue Algorithmen

15 Rechnerarchitekturen serielle parallele CPU CPU 1 CPU 2 2nd Level Cache 2nd Level Cache 2nd Level Cache System Bus System Bus RAM RAM

16 Mehrkernarchitekturen Dual/Multiple Core CPU 1 CPU 2 2nd Level Cache 2nd Level Cache System Bus RAM

17 Verfahren zur Parallelisierung Anwender Standard-Software Pipelining Task parallelism Data parallelism

18 Performanz am Beispiel Druckbildkontrolle Ein Höchstmaß an Geschwindigkeit kann nicht durch Spezialbefehle allein erbracht werden Machine Vision erfordert ausgefeilte und optimierte Algorithmen

19 Robustheit am Beispiel ECC200

20 Robustheit am Beispiel OCR Schreiberunabhängiges Lesen von Handschrift

21 Robustheit am Beispiel Matching

22 Genauigkeit Genauigkeit [engl. accuracy] Allgemein: Maß für die Nähe der Messung zum wahrem Wert Industrielle Bildverarbeitung: Absolute Abweichung vom wahrem Wert Wiederholgenauigkeit [engl. precision] Allgemein: Maß für die Reproduzierbarkeit einer Messung Industrielle Bildverarbeitung: Die Standardabweichung der Messung

23 Genauigkeit am Beispiel einer Messaufgabe Beispiel zeigt die Kamerakalibrierung in Verbindung mit einer Messaufgabe Vermessen der Abstände in Weltkoordinaten auf der Schieblehre Die Kamera ist ca. 45 zur Schieblehre geneigt

24 Genauigkeit am Beispiel des Mosaicking Mittlerer Abstand in mm Standardabweichung in mm (3.7µm!) Messfehler in mm (0.01 mm = 0.1 Pixel) Bildrand

25 Flexibilität wird erreicht durch Umfassende Bibliothek für die industrielle Bildverarbeitung Große Anzahl verschiedener Bildverarbeitungsverfahren Achtung: Es gibt heutzutage mehr als Filterung, Blob Analysis, Matching, Messen, OCR, OCV und Farbverarbeitung Verfügbarkeit von Datenstrukturen für die effiziente Kombination der Verfahren Offen und erweiterbar Entwicklungsumgebung für die industrielle Bildverarbeitung Erstellen von prototypischen Lösungen Transparente Integration in den Entwicklungsprozess Transparente Unterstützung marktgängiger Bildeinzugskarten und Kameras Verschiedene Hersteller Funktionsumfang Unterstützte Programmierumgebung Hochsprache und Unterstützung der enthaltenen Sprachkonstrukte Compiler und Entwicklungsumgebungen

26 Flexibilität wird erreicht durch Unterstützte Betriebssysteme Wechsel auf andere Betriebssysteme möglich Quellcodemigration Gleiche Ergebnisse auf verschiedenen Betriebssystemen Umfangreiche Dokumentation Applikationsbeispiele Technologien Support Vor und nach Erwerb der Software Evaluierungen am Kundenbeispiel Schulungen Grundlagen- und Anwendungsorientierte Schulungen

27 Integrated Development Environment (IDE) Entwicklung Bildverarbeitung Benutzerschnittstelle Prozessintegration Anwendung Code Export Übersetzen HALCON Library HDevelop Visual Studio

28 Integrated Development Environment (IDE) Benutzerschnittstelle Prozessintegration Anwendung Visual Studio Übersetzen Source code HALCON Library HDevEngine HDevelop Entwicklung Bildverarbeitung

29 Herausforderungen der Zukunft I Mehrkern- CPUs 64bit CPUs IEEE 1394 Hyperthreading Standard- Software USB 2.0 MMX / SSE GigE DirectShow

30 Herausforderungen der Zukunft II DSPs MIPS/RISC Robustheit Windows Standard- Software Flexibilität Linux/UNIX Genauigkeit Funktionalität