■  FPGAの機能特長から読み解く、VisualAppletsが必要とされる理由とは

VisualAppletsは超高速な検査や大容量画像の処理を効率的に実現するFPGA画像処理開発環境です。 この超高速検査や大容量画像処理を実現できる背景には、FPGAそのものの機能特長が画像処理の機能要求に非常にマッチしている事が挙げられます。 今号では、このFPGAの機能特長3点を軸に、なぜVisualAppletsが必要とされるのかを説明します。

■  機能特長1: パイプライン処理による圧倒的高速化

FPGAの最大の特長は、圧倒的な高速性です。この高速性を実現するカギはパイプライン処理にあります。下図はシェーディング補正、フィルター処理を例にパイプライン処理の概要を示したものです。

[ステップ 1]
はじめに、カメラから先頭ピクセルの情報（A）がFPGAに送られてきます。FPGAは受け取った画素データに対し、最初の処理であるシェーディング補正を行います。
[ステップ 2]
続いてカメラはピクセルの情報（B）をFPGAに送ります。FPGAはこの受け取った（B）の画素に対してシェーディング補正をかけながら、処理の終わった画素（A）に対してフィルター処理を行います。
[ステップ 3]
続いてカメラはピクセル（C）をFPGAに送ります。FPGAはこの受け取った（C）の画素に対してシェーディング補正をかけながら、（B）の画素に対してフィルターをかけ、全ての処理が終わった（A）の画素をDMA転送にてPCに転送します。

このように、FPGAは複数の画像処理タスクを同時並行的に行う事で圧倒的な高速処理を実現しています。その為、画像サイズが非常に大きくなった場合や、処理タスクが増えた場合においてもほとんど処理時間に影響を与えることがなく、これが高速大容量な画像を使用した処理においてFPGAが必須とされる大きなポイントとなります。

■  機能特長2: 非常に安定した処理時間

2つ目の特長は、処理時間が非常に安定し固定時間で完了する事です。FPGAが必須とされるアプリケーションは、高速性に加え処理時間が検査タクト内で終わる事が重要視されるケースも多くあります。
例えば、下図のような、不良品を空気で飛ばし除去するようなアプリケーションでは、確実に欠陥を取り除く信頼性が必須とされ、処理にバラつきのあるCPUでは実現が困難となります。 FPGAによる検査は、CPUの負荷や他プロセスの割り込みによる影響を全く受けることなく、安定して動作し続ける事ができ、さらにリアルタイムなDIOの制御を行う事で幅広いリアルタイム画像処理アプリケーションの実現が可能となります。

■  機能特長3: CPUへの無負荷

3つ目の機能特長は、どの様な複雑な処理であってもCPUに全く負荷を与えない点です。 CPUによる画像処理のアプリケーションは、その処理の複雑さや、接続するカメラ台数に比例して処理負荷が上がり、処理時間の増加や他プロセスへの影響が考えられます。 検査項目の追加などによりタクトタイムを満たさなくなった場合には、処理の見直しを行う、CPUをより性能の良い物を選択する、パソコンの台数を増やすなどの対策が必要でした。 これに対してFPGAは、処理の複雑さやカメラ台数に影響を受けず固定処理時間であることに加え、処理をFPGAの中で行いDMAで直接メモリに結果を書き込むことでCPUに全く負荷を与えない特長があります。 その為、今まで複数のPCにて行っていた処理をFPGA化する事で1つのPCに集約でき、システムとしてのコストダウンやメンテナンスの容易さを実現します。

■  VisualAppletsによるFPGAの活用

この様にFPGAが画像処理における様々なメリットを有していながら十分に活用されていない背景には、ハードウエア開発の専門知識を必要とする技術的な壁が存在しました。 VisualAppletsの登場によりFPGAの専門知識を必要としない開発が可能となり、画像処理エンジニアの方々がFPGA画像処理開発を行うことが出来るようになりました。
また、画像処理開発に特化したVisualAppletsの開発環境により効率的な検証・短期間での実現が可能となり、今までFPGA化をしたくても出来なかった様々なシーンにおいて気軽にトライし、 FPGAの効果を実現し、技術課題に対する新しいブレークスルーを実現しています。

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■  リンクス・マシンビジョン・セミナーのご案内

11月11日〜13日に開催されるリンクス・マシンビジョン・セミナーでは、実際にVisualAppletsをご採用頂いたユーザー様事例を紹介します。 様々な技術課題に対して、上記機能特長のどの様な点がブレークスルーとなったのか、お客様の生の声をお届けします。皆様のご参加をお待ちしております。

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