新世代型 x86クアッドコア・スマートカメラ

ADLINKの次世代x86 NEONシリーズは、4MP 60fpsのグローバルシャッタ･センサとインテル ® Atom ^TM クアッドコア1.91GHzプロセッサを搭載し、フットプリントが最小でIP67規格の堅牢な構造を採用している。

クアッドコアCPUは、従来のスマートカメラの能力を超えて、コンピューティング･パワーとFPGAコプロセッサを高め、GPUは高度な画像処理を実現する。

リッチなソフトウェアサポートとAPIの互換性により、元のx86プラットフォームから容易に移行できるため、プラットフォーム全体のソフトウェアおよび開発言語の負担がなくなり、市場投入までの時間が短縮される（図1）。

図1

1.市場動向

1.1　スマートカメラと組込みビジョンの境界を排除
　マシンビジョンによる自動検査は、「スマートファクトリー」の幕開けとなり、手動操作によるエラーを排除し、品質の一貫性の向上、生産性の向上、生産コストの削減、顧客満足度の向上を実現する。その結果、明確な競争上の優位性が得られる。

限られたスペースと設置予算に直面しているため、オペレータは小型かつコンパクトに統合された簡単に設置できるビジョンシステムへの関心が高まっている。近年、このようなシステムの年間売上高は30％増加している。

1.2　ビジョンシステムの種類
スマートカメラは、レンズ、イメージセンサ、システムストレージ、プロセッサをカメラとコンピュータを組み合わせた単一のデバイスに組み込んだ小型でコンパクトなオールインワンビジョンシステムである。理論的には、より強力なプロセッサはより高速な処理でより複雑なタスクを実行することができる。

しかし、放熱対策に対応するために、より多くの電力を消費し、より大きな物理的サイズを必要とする。たとえば、ファンは、動く部品が簡単に故障する可能性があるため、頑丈な環境では不利になる。

その結果、スマートカメラは一般に、大きさと堅牢性を考慮して、メモリが限られた低消費電力の ARM ベースまたはシングルコアのインテル ® Atom ^TM プロセッサを使用していた。

利用可能なメモリ容量が最小限に抑えられているため、ほとんどの産業プロセスで十分な速度で高解像度の画像を処理する能力が制限され、マルチタスクが妨げられる。

したがって、従来のスマートカメラは、測定、計数、アライメント、バーコードスキャンなどの画像タスキングを単純化するために専用にされていることが多い。最小限の拡張性のために、追加の機能を実装するには、より多くのシステムユニットをインストールする必要がある。

より複雑で高性能のマシンビジョン・アプリケーションが実行され、拡張性が要求される場合、ユーザはビジョンシステムの第2のカテゴリ、すなわち組込みビジョンシステムに目を向ける。これらのシステムには、1つまたは複数の高解像度産業用カメラに接続された産業用PCが含まれる。

産業用PCは、一般に、複数のビジョンチャネルがサポートされた標準的なPCオペレーティングシステムを実行する高性能プロセッサを備え、完全な画像処理機能を提供する。豊富で多様なI/O接続により、工場内の他のフィールドデバイスと柔軟に接続できる。

しかし、組込みビジョンシステムは、よりコストがかかり、展開が複雑である。スマートカメラと比較して占有面積が大きくなることは、スペースが制約された製造フロアにおいても不利である。ケーブルの増設やファンの必要性もシステムの信頼性に影響する。

2013年第4四半期のインテルの高性能低消費電力インテル ® Atom ^TMプロセッサE3840の導入により、新しいカテゴリのビジョンシステムが導入された。これらのシステムは、フルPC機能、高解像度、高フレームレート、および強固なマルチタスク性能を備えた小型でコンパクトなオールインワンシステムである。

さらに、柔軟な拡張性と容易な展開を提供する。　弊社ではこのオールインワンシステムを新世代のマシンビジョンx86スマートカメラと呼んでいる。これは、ここで取り上げている新しい市場トレンドであるインテル ® プロセッサをベースにした、高集積かつ高性能の小型ビジョンシステムである（表1）。

表1

2.スマートファクトリーの要件

2.1　高効率とスループット
ほとんどの産業メーカが求める高い生産性を実現するためには、システム効率とスループットが重要である。しかし、コストがかかる。従来のマシンビジョンシステムでは、高解像度と高フレームレートを同時に達成することは困難である。

実際には、ビジョンアプリケーションは、フレームレートが低いほど高解像度、またはフレームレートが高いほど解像度が低いことが多い。両方を実現するには、より高度なCPUが必要であり、それに応じてコストがかかる。

これらの要素の中で必要な繊細なバランスを徹底し、合理的なコスト構造で最適な効率を達成することは、システム開発者が直面する重要な問題である（図2）。

図2

2.2　堅牢性と信頼性
産業用オペレーティング環境は、自動化されたシステムの場合、様々な面で困難な場合がある。たとえば、食品および飲料製造設備では、極端な温度の湿った状態を呈する可能性が高く、機械成形環境は、金属または他の侵入性粒子が存在するなどほこりが多い。ビジョンシステムを製造装置の近くに設置する場合は、ある範囲の要素に対して高度の不浸透性が必要である（図3）。

図3

2.3　サードパーティ機器との統合
　生産ラインには通常、製造、機械加工、ピックアンドプレース、検査、パッケージングなどの一連の作業が含まれる。たとえば、CNC旋盤加工では、コンベヤやロボットアームなどの外部コントローラを使用して、機械から機械に部品を移動させ、切断作業を開始する前に産業用カメラの指導のもとでそれらを揃えるために、多数の異なる機械が使用される。

回転後、物体は次の作業台に搬送され、傷検査が行われる。　最後に承認された製品は包装に送られ、出荷のためにバーコードの読み取りを受ける。関係する様々なシステム間の統合と通信は、すべてのスマートな工場にとって課題である（図4）。

図4

2.4　迅速な開発
　ソフトウェアソリューションの開発および関連する互換性の問題は、実装の成功または失敗を決定づける重要な要素である。開発時間の短縮とシステム開発コストの削減には、明確な課題がある（図5）。

図5

2.5　強力なパフォーマンスにより、高速の複雑なキャプチャが可能
ADLINKのNEONシリーズは、ハイスピードキャプチャのためのハイエンドグローバルシャッタ動作だけでなく、クアッドコアインテル ® Atom ^TM プロセッサE3845 1.91GHzを提供し、既存のスマートカメラの性能を飛躍的に向上させる。

FPGAコプロセッサのサポートにより、NEONシリーズは、LUT（ルックアップテーブル）とROI（関心領域）、シェーディング補正などの画像前処理を高速化し、CPU負荷を軽減し、高速での複雑な取得を可能にする（図6）。

図6

2.6　簡単な開発により市場投入までの時が短縮される
　マシンビジョンや産業オートメーションシステムの性能要件が厳しくなるにつれて、使用されるデバイスはより多くの同期とスケーラビリティを必要とする。

これはオープンアーキテクチャであり、複数のデバイスを備えた単純なソフトウェアの譲渡環境は、開発者にとって大きなメリットをもたらし、追加のアプリケーションツールに精通する負担を軽減できる。

ADLINKのNEONシリーズは、Gen＜i＞CAM、画像取得用のGenTLサポート、Open CVおよびOpen CLプログラミングを含む柔軟なソフトウェア開発サポートを提供し、x86プラットフォームからの移行を容易にし、モーション、I/Oおよびその他のデバイスとの統合を簡素化する（図7）。

図7

2.7　堅牢性、汎用性、最大限の統合によりTCOを削減
　ADLINKのNEONシリーズは、68.5×110×52.7mmの最小フットプリントを提供する。頑丈で防塵性かつ防水設計のIP-67規格のケーシングとM12コネクタに収められた頑丈な構造により、NEONシリーズは工作機械や食品／飲料包装などの過酷な産業環境に耐えることができる。

追加のGigEポートにより、GigE Visionスレーブカメラなどの外部デバイスとI/O制御モジュールを備えた EtherCAT との接続が容易になる。

組込みのPMM照明制御は、LED照明と通信しながらTCOを節約する。2倍絶縁入力、2倍絶縁出力、USB 2.0ポート、RS-232ポート、およびVGA出力（最大）を含む多彩なI/Oサポート2,560×1,600@60Hz、ファクトリオートメーションユーザの利便性を最大限に高める（図8）。

図8

2.8主な特長（図9）
• 強力：クアッドコアインテル ® Atom ^TM プロセッサE3845 1.91GHz
• 高速：4MP、60fps、モノクログローバルシャッタCMOSセンサ
• 頑丈：IP-67規格のハウジングとM12コネクタ
• 正確：高度な画像処理のサポート
• 費用対効果：追加のGigE Vision 1スレーブカメラのサポート
• 経済的：内蔵PWN照明制御
• 汎用：2つの絶縁入力、2つの絶縁出力、USB2.0ポート、RS-232ポート
• 便利：VGA出力、最大。2,560×1,600@60Hz
• 簡単なデプロイメント：STEMMER Common Vision Blox、MVTec HALCONなどをサポート
• オープンアーキテクチャ：Gen＜i＞Cam、GenTL、Open CV、Open CL互換

図9

3.アプリケーション

3.1　高速医薬品検査
視覚的欠陥、パッケージラベル、パターンマッチング、または高速折り畳み機または製品ライン上のバーコードの検査を含む製薬検査は、大きな画像データを管理するための強力な処理で高解像度キャプチャを要求する。

高速移動する製品ラインに配備されたグローバルシャッタセンサは、画像にはっきりとした安定した画像を提供する。様々な検査方法を管理するために、柔軟でプログラマブルな検査プラットフォームが医薬品アプリケーションに最適である（図10）。

図10

4.新製品の紹介

2017年、MVTec MERLICを採用したインテル ® Atom ^TM E3845搭載のレディ･トゥ･ゴーの最新型スマートカメラ、NEON-1021-Mが発表された。

NEON-1021-Mは、使いやすいマシンビジョン・ソフトウェアに対応した最先端のクアッドコア・スマートカメラを搭載し、マシンビジョン開発のためのスマートカメラの基本的な機能を大幅に上回る競争力に優れたアドバンテージを提供する（図11）。

図11

ADLINKのNEON-1021-Mは、高性能のインテル ® Atom ^TMクアッドコア・プロセッサ、高速のマルチROIイメージ・キャプチャ機能、2MPのグローバルシャッタイメージセンサ、PWM照明コントロールを搭載している。

マルチROI機能による高速のマルチバーコード・キャプチャは画像処理のサイクル時間を短縮するのに役立ち、最適化されたI/Oには、1つの付加的なスレーブGigE Visionカメラ接続、4つの絶縁入力、4つの絶縁出力、VGA出力が含まれているため、外部デバイスとの最大限の統合を実現する。

また、NEON-1021-MはIP-67対応ケースとM12コネクタによる堅牢な構造を採用しているため、過酷な産業環境でも使用できる。MVTecのMERLICはプログラミングを必要とせずに、マシンビジョン・アプリケーションの迅速な構築を可能にするオールインワンツールである。

マシンビジョンにおけるMVTecの豊富な経験と技術に基づいて開発され、便利で、信頼性に優れた高速パフォーマンスを備えたPCベースの完璧なソフトウェアソリューションは、アプリケーションでユーザを直観的にガイドするイメージセントリックなユーザインタフェイスを提供する。

開発者はWYSIWYG（What You See Is What You Get、見たままを得られる）エディタの場合のように、コードやパラメータ表の複雑な列ではなく、イメージベースの表示に集中できる。MERLICは、イメージング機能の設定で鮮明でグラフィカルなユーザインタフェイスを必要とする操作に特に適している。