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Embedded-Systeme

»Vision« für die Medizintechnik

10. Oktober 2023, 15:26 Uhr | Von Jan-Erik Schmitt, Geschäftsführer von Vision Components

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Von der Kamera zum Prozessorboard

Die MIPI-CSI-2-Schnittstelle vereinfacht den Anschluss der Kameras: Sie wird von gängigen Prozessoren unterstützt und ermöglicht eine schnelle und effiziente Datenübertragung. Je nach Embedded-Prozessor werden über die MIPI-Schnittstelle bis zu vier Lanes je Kameraanschluss für den Datentransfer von der Kamera zum Prozessor unterstützt. Bei einer von gängigen CPU-Boards erreichbaren Verarbeitungs-geschwindigkeit von 1,5 Gbit/s sind entsprechend Übertragungsraten von 6 Gbit/s möglich. Bei 8 bit Pixelauflösung entspricht das ca. 750 MB/s. MIPI-Kameras eignen sich damit auch für Echtzeitanwendungen und datenintensives Streaming von Bild- und Videodaten. In der Regel erfolgt die Datenübertragung dabei über FPC-Kabel (Flexible Printed Circuits). Bei besonderen Anwendungsfällen – zum Beispiel bei Kabellängen von mehreren Metern – kann das Signal über spezielle Adapterboards gewandelt und per Coax- oder Glasfaserkabel übertragen werden.

Vorverarbeitung der Kameradaten

Über die MIPI-Kabel werden die rohen Kameradaten auf das Embedded-Prozessorboard übertragen. Dort müssen die Kameradaten komplex und aufwendig vorverarbeitet werden, um aus den Lichtsignalen des Sensors für die Endapplikation verwertbare Informationen zu gewinnen. Dafür sind umfangreiches Wissen und Erfahrung der Entwickler gefragt – umso mehr, wenn dabei Daten von mehreren Kameras zusammengeführt, für die Endanwendung relevante Bildausschnitte selektiert oder Farbräume konvertiert werden müssen. Hinzu kommt die notwendige Rechenleistung, die dafür auf dem Prozessorboard vorgehalten werden muss.

FPGA-Beschleuniger als Alternative

Eine Alternative dazu bietet der neue VC Power SoM: Das nur 28 mm x 24 mm große FPGA-Beschleunigerboard kann einfach als Baustein in das Embedded-Vision-Design integriert werden und übernimmt die Vorverarbeitung der Bilddaten. Dazu wird der Chip auf dem Mainboard platziert und in den MIPI-Datenstrom zwischen Kamera und Prozessor integriert.

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Dank seines FPGA-Designs kann es auch große Datenströme parallel und in Echtzeit verarbeiten – solche Aufgaben erfordern in den ARM-Cores gängiger Prozessoren sonst eine sehr hohe Rechenleistung. Der VC Power SoM eignet sich ideal für Anwendungen mit 3D-Anforderungen wie zum Beispiel für Volumenbestimmungen oder für Multi-Vision-Applikationen. Die Übernahme von KI-Anwendungen direkt im FPGA ist ebenfalls möglich (Bild 3).

Embedded-Prozessor flexibel wählen

Neben der Einsparung von Zeit und Aufwand rund um die Signalaufbereitung ermöglicht VC Power SoM Entwicklern eine größere Flexibilität bei der Auswahl des Prozessorboards. Statt zusätzlich Ressourcen für die Verarbeitung der rohen Bilddaten zu benötigen, kann die Rechenleistung komplett für die Endapplikation genutzt werden. Das Zusammenspiel aus dedizierter FPGA-Einheit für die Vorverarbeitung und ARM-Cores für die Weiterverarbeitung der Bilddaten mit der frei programmierten Anwendung des spezifischen Systems ist hoch effizient und nutzt die jeweili- gen Eigenschaften und Ressourcen optimal aus. Für den schnellen Aufbau von Funktionsmustern und Prototypen kann der VC Power SoM mit einer Adapterplatine in den MIPI-Datenstrom integriert werden.

Medizin- und Laborgeräte schnell und günstig entwickeln

Es zeigt sich: MIPI steht einerseits für ultrakompakte, energiesparende Kameramodule, die sich ideal für die Integration in mobile und autarke Medizin- und Laborgeräte eignen. Gleichzeitig ist MIPI auch die Basis für die schnelle und kostengünstige Entwicklung komplexer Embedded-Vision-Systeme, bei der alle Komponenten von einem umfassenden Sortiment an MIPI-Kameras über dedizierte Einheiten für die Vorverarbeitung bis hin zu frei wählbaren Prozessorboards flexibel kombiniert werden können. Sie sind durch umfassende Vorleistungen optimal auf- einander abgestimmt und sparen damit Zeit, Aufwand und Kosten beim Design professioneller Analyse- und Diagnostikgeräte.