随着机器人逐渐代替了工厂工人的工作,机器视觉技术已经成为工业自动化的新眼睛。动作控制和质量保证之类的应用,要求装配线上的这些新"眼睛"能提供高清图像分析,并且要求执行必须极为精确,以确保对制造流程的优化。 6月份发布的第四代英特尔®酷睿™处理器(代号为Haswell),带来的提升能满足机器视觉系统的苛刻要求,包括高达2倍于上一代的图形处理能力,具备英特尔®高级矢量扩展2.0(英特尔® AVX 2.0)指令集,能使信号与图像处理性能翻倍。 目前一些英特尔®物联网(IoT)解决方案联盟成员已推出了一些在机器视觉系统中使用的现成产品。

 

获取内部图形

尽管当代大多数机器视觉技术仅依靠2D图像分析,3D成像技术已经开始在某些应用领域兴起。 第四代英特尔内核处理器将英特尔®HD Graphics技术集成到英特尔的Haswell微架构中,使2D/3D图形性能获得了高达60%的提升。 例如,某些BGA(球栅阵列)版本集成了GT3(英特尔® HD graphics 5000)GPU核心,能以15W TDP的功耗执行40个图形单元。

 

各种工业构建模块已开始利用第四代英特尔内核处理器先进的图形性能。 例如,英特尔物联网解决方案联盟的Associate级成员NEXCOM推出了ICES 670 COM Express Basic模块,提供各种图形引擎选项,支持DX11.1,包括GT1与GT2集成图形(见图1)。ICES 670兼容高达45W功率的处理器,能将Haswell微架构的性能与英特尔® QM87芯片组结合起来,处理图形密集的应用。与2.0版本的COM.0规格相一致,ICES670支持Type 6引脚输出,允许通过如下方式进行扩展:1x PCIe x 16 通道、7x PCIe x 1 通道、1千兆以太网(GbE)接口、4个USB 3.0接口或8个USB 2.0通道,以及可选择2x SATA 3.0 或 2x SATA 2.0端口。另外,有三个DDI(数字显示接口)可通过Displayport、eDP(嵌入式显示接口)、DVI、HDMI、VGA/LVDS等接口(通过平台控制单元桥接芯片)实现,这使ICES670也能够成为HMI(人机接口)平台可行的子系统解决方案。

 

图1:NEXCOM ICES 670 Type 6 Basic COM Express模块支持两种不同英特尔HD Graphics引擎,用于密集成像和分析应用。

 

英特尔®高级矢量扩展2.0图像处理能力更强

对于工业系统设计人员而言,第四代英特尔内核处理器最重要的提升在于VVX高级矢量指令集的扩展。 英特尔®AVX 2.0版指令集有时也被称为"Haswell新指令集",将大多数整型向量处理扩展至256字节(工作输出量比128字节翻了一倍),并在两个端口上推出了口管线化的FMA3(三运算元积和熔加运算),用于SIMD(单指令多数据)与浮点标量运算。 对于精确机器视觉,FMA3的支持增加了准确度,并可使成像应用的高峰浮点性能在积和熔加运算中仅取整一次即可翻倍。 表1列出了英特尔 AVX 2.0的特点与好处。

 

表1. 英特尔®高级矢量扩展2.0版指令集为机器视觉应用带来浮点性能与吞吐量的极大提升。

 

所有第四代英特尔内核处理器都支持英特尔 AVX 2.0,所以可以在现有支持Haswell微体系接口的工业子系统中利用机器视觉的好处。联盟的另一个Associate级成员dfi-itox发布了工业级的HD101-H81 Mini-ITX 母板,实现了英特尔 AVX 2.0技术,但同时也包含Microsoft DirectX硬件加速(DXVA)以加速视频处理任务(见图2)。该母板的处理器(GT1)利用十个图形处理单元,与新的英特尔® H81 芯片组相结合,支持新的LGA 1150 插槽(插槽H3)。英特尔 H81芯片组使HD101-H81能够支持2个USB 3.0接口和6个USB 2.0接口,还可同时支持1x PCIe x16通道和1个迷你PCIe插槽、2个 SATA 3.0 或 2个千兆 LAN端口,及2个COM扩展站点。PCH通过24位双通道LVDS、HDMI和DVI-I接口可实现三个显示屏,提供高达1920 x 1200分辨率。

 

图2. dif-itox推出的HD101-H81 Mini-ITX母板融合了英特尔®高级矢量扩展2.0技术、视频硬件加速接口和英特尔® H81芯片组来优化视频处理任务。

 

ADLINK在6月份发布了基于第四代英特尔内核处理器的一系列工业级别产品。包括PICMG 1.3全尺寸SHB(系统主板)NuPRO-E42(见图3)。NuPRO-E42 具备高达3.1GHz的内核处理速度,还配备了英特尔® Q87芯片组。 该芯片组是随着Haswell微架构的发布而出现的另一个芯片组。将英特尔®Clear Video HD技术融入到了系统主板中,允许视频解码和后置处理转移到GPU内核,此外,还提供PCI Express 3.0支持,通过一个16通道接口为SHB提供8 GTps 通讯。 NuPRO-E42上额外I/O连接包括5 Gbps 数据传输速度的6个USB 3.0端口、其它6个USB 2.0端口、1个PCI Express x16通道和4个PCI Express x1通道、4个PCI及6个COM端口。 4 个有6Gbps的数据传输速率的SATA接口,NuPRO-E42还拥有支持RAID 0/1/5/1+0的英特尔®快速储存技术(英特尔®RST),及两个16 GB DDR3 1333/1600 MHz 内存插槽,使其能够适合对多任务处理及数据传输速度要求高的工业应用。

 

图3. NuPRO-E42包含了英特尔® Q87 芯片组,系统主板具备英特尔®Clear Video Technology和PCI Express 3.0支持。

 

通过Haswell傲视天下

上述产品仅是英特尔物联网方案联盟成员发布的小部分采用第四代英特尔内核处理器系列的解决方案,可应用于机器视觉领域,具备集成式图形和英特尔® AVX 2.0指令集,而这些仅是采用Haswell微架构的英特尔®处理器为工业工程师们所做的诸多提升中的两个。 如果您已做好了在您的机器视觉系统中使用"内核眼睛"的准备,解决方案目录能帮助您更好地选择适合您设计目标的外形、配置、与功能。ADLINK, dfi-itox, 和 NEXCOM英特尔®物联网解决方案联盟的Associate级成员https://www-ssl.intel.com/content/www/us/en/intelligent-systems/alliance-overview.html

 

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