新型帧捕捉器显著降低复杂检查系统设备的成本

当要同时满足日益严格的质量要求和极快的检查速度时，PC的总线传输最后可能陷入堵塞和停滞。本文将Basler公司的Websight系统作为研究案例来说明现成的元器件是如何能以更少的成本提供出众的系统性能，这两方面对任何检查系统都是关键要素。

Basler公司(位于德国Ahrensburg)是工业图像处理系统的领先制造商。从2001年公司就开始为连续剥离材料开发以Websight命名的检查系统。Basler公司的目标用户是特殊的技术薄片(例如用于TFT LCD显示器的极化薄膜)制造商。这些用户必须检查100%的薄片表面并遵守严格的质量标准。

这个有着巨大压力的市场经常要求生产厂商执行24/7(即每天24小时，每周7天)的生产计划，因此拥有一个高性能的连续检查系统非常重要。这种解决方案必须有极高的可靠性，因为检查系统中的任何故障都会立即导致生产的中断。另外，从客户的立场看，能够节省空间的安装方式也是非常重要的，因为大多数系统都放置在无尘室中。

Basler的Websight系统必须以50um分辨率、30米/分钟的速度检查那些薄片。薄片的宽度最高可达160厘米。根据这一规格要求，第一代Websight系统装备了9个行扫描照相机，每个照相机具有4,096个像素，可产生41MHz的数据速率(图1)。

Websight作为最终用户生产线的重要组成部分在多个方面占据着重要地位。除了完成实际故障识别外，Basler的Websight开发团队还特别优先考虑设计文档化和报告功能，全面的分析和报告功能不仅为客户提供了满足他们质量要求的100%文档，而且能够为质量改进措施的决策过程提供所需的数据。

采用新总线系统的考虑

Basler公司最初是采用下面所列的系统结构来满足上述要求的。每个行扫描照相机有它自己的帧捕捉器(基于PCI总线)，考虑到PCI总线的带宽，每个帧捕捉器都要拥有自己的PC。被提议的原型系统由以下几部分组成：

1. 9个行传感器照相机，每个照相机有4,096个像素；

2. 9个PCI总线帧捕捉器；

3. 一个网络中有9台PC；

4. 由Basler开发的特殊的灯具，可在低温下提供均匀的高流明亮度等级。

这种解决方案性能很稳定，但成本也非常高。在部署后不久，系统运行显然已非常接近其性能极限。PC网络消耗了分析真正需要的大部分处理能力。另外，客户机的数量也降低了系统的实时性能。

图1：Basler公司的Websight系统(照片来自Basler公司)。

移植到Windows XP下可以在某种程度上缓解该，但不可避免会导致系统设计的重新构建。因此接下来的目标是大量地减少PC和帧捕捉器的数量，同时仍需要提高性能以满足未来的系统升级。

Basler公司的开发团队希望将Camera Link继续保留用作照相机的接口。在这个思想指导下，他们实现了带宽得到极大提高的新总线系统，即PCI-X和PCI-Express(PCIe)。通过对市场的仔细调查他们清楚地发现，PCIe x4插槽可以提供足够的带宽来控制具有40MHz以上数据速率的两个照相机，但目前市场上只有提供一个x4插槽的PCIe母板。从理论上讲，实现PCIe可以减少一半的PC数量(一个捕捉器带2个照相机，一台PC带一个捕捉器)。而另一方面，PCI-X已经提供了单个插槽所要求的数据速率(PCI-X/133MHz插槽带宽最高达1Gbps)，因此允许在单个系统中使用多个捕捉器。PCI-X解决方案的缺点是目前的PCI-X计算机数量还相当有限，而且价格非常高。理想的解决方案要求成像硬件在合适的母板上市时就尽快地迁移到PCIe。

成像硬件的理想选择

在此背景下，Basler公司的开发团队决定采用Matrox Imaging Camera Link帧捕捉器—Matrox Solios XCL作为成像硬件的理想选择。Matrox Solios是同时支持PCI-X和PCIe(Maxtrox Solios eCL)的高性能帧捕捉器系列，内含一个在帧捕捉器中越来越常见的FPGA。由于FPGA能够通过编程实现对输入图像数据的预处理，因此系统资源可更轻松地应对密集的处理操作。

Basler公司发现，采用Matrox Solio XCL(支持PCI-X)后Websight系统可以控制连接到单个PC中三个帧捕捉器上的6个照相机，每个系统可以节省7台PC和4个帧捕捉器!

Basler公司目前已经交付了3个系统，节省了21台PC和15个帧捕捉器的成本。更多的成本节省将来自大为简化的系统结构、更容易的安装和投入使用以及运输物流与备件库存。销售人员凭借新技术还可以开拓新的市场，因为这样的系统总是能通过重新配置满足更多的要求。

前景展望

选用Matrox Solios帧捕捉器后，Basler可以很容易地集成新的6k像素和8k像素分辨率的行扫描照相机。

今后可能要求降低到25μm以实现大约2倍的分辨率，从而会将速度提高到两倍，并产生对更多数量高数据速率照相机的需求。通过开发高度灵活的系统，Basler可以轻松满足现在和未来的各种客户要求，包括集成更多的照相机，适应不同系统制造商的不同机器以及塑胶加工所采用的不同机器。

为系统中的图像处理选择软硬组件从来都不是件容易的事，必须仔细斟酌。除了上述讨论的实际考虑因素外，在强调“服务”的原则下一般还需要考虑规格的比较和许多其它重要评判标准。这包括了对问题的技术支持、交货的可靠性和产品长期可用性、供应商满足特殊要求的意愿和能力。

总之，新的总线系统在图像处理方面具有极大的优势。然而就像以往那样，各个组件之间必须要很好地相互适应。Basler公司成功地利用Matrox Solios帧捕捉器使得性能和稳定性实现了最大化，同时显著地降低了系统成本。同时公司还创建了也能满足新要求的平台。例如通过迁移到PCIe，仍有进一步节省成本的潜力。

最后，对Basler公司来说，客户利益至关重要。Basler公司的产品除了能够节省无尘室内宝贵的空间外，其更简化的结构、更快的安装和投入使用对最终客户来说都是很明显的优势。