Multikern-Prozessoren optimal nutzen

„PC-basierte Bildverarbeitungslösungen profitieren bei der Mehrprozessortechnologie besonders“, betont Christian Demant, Geschäftsführer der NeuroCheck GmbH, „da die Verfügbarkeit von Dual- oder Quad-Core-Prozessoren in diesem Segment schon sehr hoch ist. Man darf jedoch nicht vergessen“, macht der Softwarehersteller aufmerksam, „dass die Bildverarbeitungssoftware erst durch eine intelligent implementierte Multi-Threading-Architektur angepasst werden muss, um die Vorteile der neuen Prozessortechnologie auch wirklich nutzen zu können.“ Und das hat NeuroCheck in die Tat umgesetzt. Die neue Softwareversion NeuroCheck 6.0, die auf der Vision 2008 präsentiert wird, bietet volle Unterstützung für die optimierte Ausnutzung der Multikern-Hardware-Ressourcen.

Bereits letztes Jahr auf der Vision sind neue Möglichkeiten der Parallelverarbeitung von Bildern mittels Multikern-Prozessoren gezeigt worden. Denn die MVTec Software GmbH hat die automatische Parallelverarbeitung (AOP) in der Standard-Softwarebibliothek Halcon wesentlich optimiert, sodass die Rechenleistung von Multi-Kern-Prozessoren noch effizienter ausgenutzt werden kann – und das ohne Mehraufwand für den Programmierer. Halcon 8.0 splittet die Daten automatisch auf die Anzahl der vorhandenen Kerne auf, bearbeitet die Daten getrennt und fügt sie anschließend wieder zusammen. „Die zusätzliche Beschleunigung wird von den Anwendern bereits gern eingesetzt, zum Beispiel in Hochgeschwindigkeitsapplikationen wie Flascheninspektionen, Werkzeuginspektion oder in der Halbleiterindustrie,“ sagt Dr. Lutz Kreutzer, Manager für PR & Marketing bei MVTec. Echtes Multi-Threading zur Verarbeitung auf mehreren Prozessoren erfordere Programmierer mit Spezialwissen. „Setzt man jedoch automatische Parallelverarbeitung auf Multikern-Prozessoren ein, wie wir es gelöst haben“, begründet Dr. Kreutzer weiter, „sind Handhabung und Programmierung wesentlich einfacher, und auch die Zuverlässigkeit ist in höchstem Maße gegeben.“ Die Automatisierung mit Halcon zeige eine vergleichbare Rechenleistung wie das klassische Multi-Threading. Man spare Dr. Kreutzer zufolge allerdings jede Menge Zeit und Aufwand.

Die Antworten weiterer Softwarehersteller auf den Innovationssprung der Multikern-Prozessortechnologie wird die Fachmesse präsentieren. Die Vision hat sich innerhalb der vergangenen 20 Jahre international als die Leitmesse für industrielle Bildverarbeitungs- und Identifikationstechnologien etabliert und findet bereits zum zweiten Mal auf dem hochmodernen neuen Stuttgarter Messegelände statt. Von der immensen Vielfalt an Produkten, Systemen und Anwendungslösungen für die industrielle Bildverarbeitung, die an einem Ort zusammenkommen, kann jeder Messebesucher profitieren – vor allem gewinnt er aber auch durch die unterschiedlichen Sichtweisen der kompetenten IBV-Experten, die auf der Vision aufeinandertreffen. Hier findet sich vielleicht für das ein oder andere Anwenderproblem, das zunächst als unlösbar erscheint, doch eine optimale Lösung.

So gibt es Softwarehersteller wie die Stemmer Imaging GmbH, die den Entwicklungsschub bei Multikern-Prozessoren etwas anders einordnen: „Multi-Threading sowie Multi-Prozessorsysteme unterstützen unsere Software-Bibliothek Common Vision Blox bereits seit der ersten Version, um rechenintensive Applikationen effektiv zu lösen“, sagt Peter Keppler, Vertriebsleiter Systemlösungen bei der Stemmer Imaging GmbH.

„Natürlich muss moderne Software auch die neuen Prozessor- und Rechnertechnologien unterstützen“, fährt er fort, „doch mit Abstand die höchste Rechenleistung im handelsüblichen PC-System bietet nicht die CPU, sondern die GPU – also der Grafikprozessor. Deshalb haben wir Multi-Threading sogar auf die Grafikkarte portiert.“ Dadurch lasse sich die bisher fast brachliegende GPU-Rechenleistung elegant für die Bildverarbeitung nutzen. „Common Vision Blox ist so auch für Aufgaben mit höchsten Anforderungen an die Rechenleistung gewappnet“, konstatiert Keppler.

Neben den Bilderfassungskomponenten wie Kamera, Framegrabber, Beleuchtung und Objektive, spielt die Bildverarbeitungssoftware die zentrale Rolle bei der Lösung einer Sichtprüfaufgabe. Denn sie muss mit dem Takt der Fertigung Schritt halten und innerhalb von wenigen Millisekunden viele intelligente Aufgaben gleichzeitig erledigen können etwa bei der Flascheninspektion den Füllstand, die Aufschrift des Etiketts, Beschädigungen der Flasche oder der Kapsel überprüfen und vieles mehr. Dabei muss sie zum Beispiel die rohen Bilddaten aufbereiten und eventuell Fehler, die durch Optik oder nicht optimale Beleuchtung entstehen, ausgleichen helfen. Sie muss Defekte von natürlichen Strukturen unterscheiden können, was oft nicht einfach ist. Sie muss die Bilddaten reduzieren und diejenigen Informationen extrahieren und analysieren, die für die Messaufgabe relevant sind. Schließlich muss sie in der Lage sein, die richtige Entscheidung treffen zu können: Das Objekt ist in Ordnung oder nicht in Ordnung! Und sie muss rechtzeitig ein Signal an eine Steuerung (SPS) oder einen Roboter senden, damit z. B. auch das schlechte Teil aussortiert werden kann. Aber auch Protokollieren, Dokumentieren und Archivieren gehören zu den Funktionsanforderungen eines Bildverarbeitungstools.

„Derzeit sind zwar die Rechner deutlich schneller, doch auch die Datenraten der aktuellen Kameras und Erfassungstechnologien sind gestiegen. Daher sollte weiterhin besonderer Wert auf eine nachhaltige Auswahl der Algorithmen geachtet werden. Hier liegt noch unglaubliches Beschleunigungspotential“, stellt Keppler fest. Der Bereich der 3D-Bildverarbeitung ist beispielsweise ein weites Feld und bietet für die Zukunft noch immense Möglichkeiten, praxistaugliche Algorithmen zu entwickeln. „Deshalb wird Stemmer Imaging“, so der Vertriebsleiter, „hier zukünftig verstärkt mit seinen Partnern Lösungen in Hard- und Software anbieten.“ Auch MVTec glaubt, dass die Zukunft der 3D-Bildverarbeitung gehört. „Unsere 3D-Vision – Funktionen wie 3D-Matching (zueinander passen) mit nur einer Kamera, 3D-Stereo, 3D-Kamerakalibrierung und 3D-Alignment (ausrichten) sind gerade für den Robotermarkt hochinteressant. Natürlich werden wir auch die Algorithmen aller bereits etablierten 2D- und 1D-Technologien weiter- und neu entwickeln“, meint Dr. Kreutzer.

Wie wichtig das Thema Algorithmen neben dem Aspekt der Bedienerfreundlichkeit für NeuroCheck ist, lässt sich auch daran erkennen, dass die neue Softwareversion NeuroCheck 6.0, die das Unternehmen auf der Vision im Herbst präsentieren wird, grundlegend überarbeitete Bildverarbeitungsalgorithmen enthält, um die Vorteile der Multi-Core-Prozessor-Technologie optimal ausnutzen zu können.

Demant setzt hohe Erwartungen in die neue Multikern-Technologie: „Es besteht die Chance, dass sich neue Anwendungsfelder für die industrielle Bildverarbeitung erschließen.“ Dass der CEO damit Recht haben könnte, zeigt sich im Bereich messtechnischer Aufgaben in Produktionsprozessen. Sie werden immer öfter von Vision Systemen gelöst. Einer der Hauptgründe dafür liegt in den hohen Prüfgeschwindigkeiten, die moderne Bildverarbeitungslösungen bereits jetzt schon bewältigen.

Neben dem Aspekt der Beschleunigung von Rechenprozessen und der Steigerung von Taktzeiten, gibt es natürlich noch viele andere Anforderungen, die zukunftsorientierte Softwarewerkzeuge für die industrielle Bildverarbeitung erfüllen müssen: etwa die Hardwareunabhängigkeit, damit Kameras von unterschiedlichen Herstellern, ohne großen Aufwand ausgetauscht werden können. Die Flexibilität des Software-Tools bei Umstellungen von Prüfparametern und Sollwerten oder beim Hinzufügen von neuen Merkmalen spielt eine große Rolle, ferner die einfache und intuitive Handhabung sowie die Gewährleistung der Rückwärtskompatibilität und vieles mehr.

Auf der Messe werden auch dieses Jahr wieder die beliebten „Industrial Vision Days“, die der Fachbereich Industrielle Bildverarbeitung im VDMA ausrichtet, dazu beitragen, Anregungen und Antworten zu geben sowie Lösungen zu finden. Das Expertenforum ist direkt im Messegeschehen platziert, damit Besucher sowie Aussteller gleichermaßen von den hochkarätigen Vorträgen und interessanten Diskussionen profitieren können.

Messe Stuttgart, Vision, Stuttgart

QE 530