マシンビジョンの組み込みシステム
組み込みシステムとは
組み込みシステムとは、機器の大部分を統合するよう設計されたコンピューターです。 組み込みシステムの例には、車、医療機器、スマートTVなどの消費者デバイスに組み込まれたコンピューターなどがあります。 組み込みコンピューティングの現在のハードウェアトレンドは、Linuxが動作するARMプロセッサをベースとしたコンパクトなシングルボードコンピューター(SBC)です。 用途固有のキャリアボードとペアリングされたシステムオンモジュール(SOM)もよく使用されています。 x64プロセッサーを使用した組み込みのSBCとSOMは、強力な小型コンピューターを必要とする用途に最適です。
x64 対 ARM
Intel Coreシリーズを含むx64プロセッサーは、デスクトップコンピューターの標準プロセッサーです。 これらのプロセッサーは、Windowsオペレーティングシステム、Linuxオペレーティングシステム、サードパーティーのライブラリに対応しています。 X64プロセッサーは、標準的なARMプロセッサーと比べて計算能力が優れていますが、その分電力を消費します。
SBCで使用するARMプロセッサーは、通常、システムオンチップ(SOC)として実装されています。 SOCには、CPUコアに加えて、メモリ、信号処理、ネットワーキング、USB、および他のI/Oが組み込まれています。 組み込みシステムで使用するSOCの多くは、元々、携帯電話向けに設計されたものです。 ARM SOCは、x64プロセッサーと比べて計算能力が劣りますが、コンパクトでエネルギー効率が優れています。 ARMアーキテクチャでは、対応するソフトウェアに制約があります(例えば、 ARMはWindowsに対応していません)。 ARMでは、多くのLinuxディストリビューションを利用できますが、対応していないソフトウェアやデバイスドライバーもあります。
FLIR Spinnaker SDKは、ARMとx64のハードウェアに対応しています。
組込みシステムの利点
従来のPCハードウェアと比較して、組み込みシステムはコンパクトで安価です。 SBCの個々のコンポーネントは交換できませんが、 GPIOに拡張ボードを接続することで、接続方法を追加できます。 一般的なRaspberry Piでは、さまざまな付属ボードを利用して、機能を簡単に拡張できます。 また、SBCの多くは、GPIO配置が同じです。
図1. 付属ボードをSBCのGPIOピンに取り付けて、USBポート(左)やリレー(右)といった接続方法を追加できます。
要件が厳しい用途の場合は、キャリアボードとペアリングされたSOMを使用することで、より柔軟に対応できるようになります。 Nvidia Jetson TX2はSOMです。 Nvidia Jetson TX2のコンパクトなモジュールには、強力なARMプロセッサ、GPU対応の256コアCUDA、メモリ、I/Oコントローラーが組み込まれています。 SOMに電源を供給し、USB、GigE、GPIO用のコネクタとして機能するために、キャリアボードが必要です。
図2. SOMをさまざまなキャリアボードとペアリングすることで、特定の用途に合わせて、組み込みシステムの最適な接続方法や物理的寸法を選択できます。
組み込みハードウェアの計算能力を利用すれば、中央サーバーやクラウドコンピューティングプラットフォームにおけるビジョンシステムの依存度を軽減できます。 カメラの近くに組み込みシステムを配置して画像処理を実行することで、遅延や帯域幅の消費を軽減し、スループットと情報の安全性を向上させることができます。
エッジコンピューティングの詳細
従来のPCハードウェアからSBC/SOMとキャリアボードの組み合わせに切り替えることで、小型で電力効率の高く、安価なシステムを作成できます。
図3. SBCとSOMで利用できるさまざまなSOCとCPUについて、関連するCPU性能、メモリ帯域幅、エネルギー消費を比較したベンチマーク結果
組み込みシステムでのFLIRのカメラとソフトウェアの活用
FLIRの Spinnaker SDKは、x64ハードウェアでWindows 7/8/10とUbuntu 14.04/16.04に、ARMハードウェアでUbuntu 14.04/16.04に対応しています。
FLIRカメラでは、エッジ用の視覚アプリケーションの開発が合理化されます。 FLIRカメラは、最新のCMOSセンサーを 色補正と露光のための高度な自動制御アルゴリズムと組み合わせることにより、厳しい照明条件でも詳細な画像を確実に撮影できます。 FLIR Blackfly Sカメラは、量子効率が高く読み出しノイズが低いSony Pregiusセンサーを搭載しているので、低光量でも鮮明な画像を撮影できます。 ダイナミックレンジが広く、コントラストの高いシーンの暗い部分と明るい部分の両方で詳細を撮影できます。
FLIRカメラの強力なオンボード画像処理には、カラー補間、シャープニング、ガンマ補正などが含まれており、ホスト側の処理要件が軽減されます。 IEEE 1588 PTP (Precision Time Protocol)に対応しているため、 GigE Blackfly Sを他のIEEE-1588対応デバイスと共通のタイムベースに簡単に同期できます。
