Artículos técnicos

La redefinición de las cámaras industriales

Los fabricantes no dejan de ampliar las funciones de las cámaras industriales. Los usuarios pueden llegar a dominar estas nuevas funciones, pero no pueden influir en su ampliación. IDS ofrece una solución: Las cámaras industriales basadas en apps de visión artificial de la serie IDS NXT pueden ampliarse con apps autoprogramadas, que están disponibles como funciones compatibles con los estándares industriales.

El concepto IDS NXT permite al usuario proporcionar procesos de procesamiento compatibles con GenICam.
El concepto IDS NXT permite al usuario proporcionar
procesos de procesamiento compatibles con GenICam.

Las cámaras industriales disponen de paquetes de actualización que facilita el fabricante con nuevas funciones y correcciones de fallos. De ese modo los usuarios pueden ampliar las funciones de las cámaras que ya están utilizando y obtienen más opciones para sus aplicaciones de procesamiento de imágenes. Para abrir las distintas funciones de la cámara se necesita una interfaz de usuario (UI, User Interface) "dinámica".

La UI "GenAPI" (Generic Applikation Programming Interface) permite abrir las funciones de una cámara industrial GenICam. Además de la lista de funciones estándar (definida por la "Standard Feature Naming Convention"), GenICam permite integrar otras funciones definidas por el usuario dentro del Feature Node Map (algo así como las API) de la cámara. Los fabricantes de cámaras utilizan esta posibilidad para ofrecer funciones personalizadas, por ejemplo, que (todavía) no están previstas en el estándar. Sin embargo los usuarios dependen de las actualizaciones de la cámara que les facilita el fabricante en cuestión y de las funciones que incluye.

Una nueva clase de cámaras inteligentes

En el mercado de la visión artificial aumenta el número de cámaras programables que permiten al usuario ejecutar funciones autocreadas directamente en la cámara, y que hasta la fecha habían trabajado en un PC o en placas embebidas. Este procesamiento realizado por la cámara abarca desde el preprocesamiento de datos de imagen y el filtrado hasta el aprovechamiento de redes neuronales mediante el aprendizaje profundo, pasando por el procesamiento de imágenes clásico. Por consiguiente las cámaras inteligentes ofrecen al usuario un abanico de posibilidades totalmente nuevas para el análisis de imágenes directamente "en la cámara". Sin embargo a diferencia de las cámaras de visión artificial estándar pocas veces disponen de una interfaz de datos de alta velocidad como por ejemplo GigE Vision, por lo que son notablemente inferiores en cuanto a velocidad de transferencia. Para interactuar con las funciones no programadas previamente de fábrica el usuario o el software de usuario debe disponer de una API. Para ello se suelen seguir utilizando interfaces de usuario propietarias del fabricante. Dado el grado de autonomía con el que trabajan con frecuencia poseen además conexiones directas a protocolos industriales importantes como Profinet, EtherNet/IP u OPC-UA. Esto significa que a pesar de las nuevas posibilidades que ofrecen, estas nuevas cámaras inteligentes no sustituyen a las cámaras industriales de visión artificial estándar. El usuario sigue teniendo que decidir qué cámaras desea utilizar para su aplicación o incluso si necesita combinar las características de las dos clases de cámaras.

Las cámaras industriales IDS NXT con "Smart GenICam" combinan las propiedades de las cámaras industriales y de las cámaras programables.
Las cámaras industriales IDS NXT con "Smart GenICam" combinan las propiedades de las cámaras industriales y de las cámaras programables.

Dos conceptos en uno

Con las nuevas cámaras industriales IDS NXT el usuario ya no tiene que tomar esa decisión. El fabricante de cámaras ha ampliado las cámaras industriales de visión artificial estándar propias con el concepto IDS NXT basado en apps de visión artificial. El resultado son cámaras que además de las funciones de firmware de IDS pueden cargar y ejecutar apps de procesamiento de imágenes programadas por el usuario en el tiempo de ejecución. Esta ampliación de funciones de las cámaras es posible mediante el concepto IDS NXT gracias a la app propia de IDS "Smart GenICam". La clave de esta combinación es que tanto la configuración y el control como los resultados de la app de visión artificial se pueden utilizar en aplicaciones de otros fabricantes compatibles con GenICam, como HALCON, a través del archivo de descripción XML de la cámara. Los dispositivos siguen siendo verdaderas cámaras industriales estándar que pueden transferir datos de imagen a un PC Host con toda la velocidad Gigabit Ethernet.

Escalamiento de la aplicación

La combinación de IDS NXT con la app Smart GenICam permite el escalamiento de una aplicación de visión artificial compatible con GenICam entre la cámara y el PC. Esto significa que los usuarios pueden decidir en función del rendimiento necesario si su aplicación se debe ejecutar en una estación de trabajo clásica, de forma totalmente autónoma en la cámara o bien distribuida entre los dos equipos.

Las cámaras industriales IDS NXT pueden hacerse cargo de partes de la aplicación y de los procesos de decisión desde el PC host (1) en parte (2) o en su totalidad (3).
Las cámaras industriales IDS NXT pueden hacerse cargo de partes de la aplicación y de los procesos de decisión desde el PC host (1) en parte (2) o en su totalidad (3).

Por diversos motivos puede ser conveniente realizar un preprocesamiento de la imagen o una preselección de los datos ya en la cámara (on the edge) en lugar de poner a disposición de un PC continuamente grandes cantidades de datos; algunos de esos motivos son una menor ocupación de la red, un procesamiento más rápido del hardware, menos consumo energético y una reducción de los costes del sistema, por nombrar algunos.

Gracias al aprovechamiento del Transport Layer (GenTL) genérico —tanto de forma externa en el entorno de la cámara como interna en el firmware de la cámara al acceder al sensor— a nivel de aplicación es indiferente de dónde proceden los datos de imagen. No es necesario modificar la interfaz de datos en caso de desplazar la aplicación a la cámara. Esto facilita el desarrollo y la validación de una función Smart GenICam. El código de aplicación no tiene que modificarse ni reescribirse para la ejecución en la cámara, es decir, el desarrollo de toda la aplicación de procesamiento de imagen se hace primero de forma clásica con la cámara como mero proveedor de imágenes y una aplicación que se ejecuta de forma completa en un PC host. Dado que la cámara no se tiene que cambiar para los pasos siguientes, esto facilita el posterior desarrollo de aplicaciones y ahorra además tiempo y dinero. El desarrollador decide ahora qué partes desea ejecutar directamente en la cámara y las carga como app de visión artificial a un modelo de cámara IDS NXT. El firmware integra el código de aplicación en el abanico de funciones de la cámara. Los parámetros de control y de funcionamiento y los resultados de la parte de la aplicación dinámica se preparan mediante la app Smart GenICam Vision con el archivo de descripción XML. Con ello el desarrollador de la aplicación tiene todo el control sobre la funcionalidad de la cámara.

Ventajas del escalamiento de la aplicación

IDS NXT desplaza el procesamiento de imágenes del PC y lo acerca a la fuente de imagen. En lugar de transferir archivos de imagen de sensores de alta resolución, la información y los resultados se pueden obtener directamente en la cámara. Esto reduce el ancho de banda de transferencia para transmitir datos necesarios al sistema siguiente y permite activar de forma inmediata procesos posteriores directamente a través de la cámara. De ese modo, además del escalamiento parcial, la cámara también puede finalizar ciertas aplicaciones cuando no se necesita un procesamiento posterior en un PC. Esto ahorra espacio y los costes que supondría una infraestructura de PC opcional. Cuanto mayor sea el desplazamiento de una aplicación a la cámara más eficiente será todo el sistema en términos de energía, dado que el consumo energético de la plataforma es mucho menor que el de una estación de trabajo. IDS mostró el escalamiento de aplicaciones completo en una plataforma IDS NXT durante el salón Vision 2018 utilizando ejemplos sencillos de procesamiento de imágenes como la selección de color y de forma en sistemas IDS NXT vegas compatibles con Profinet.

Resumen

Con el concepto IDS NXT basado en apps de visión artificial las cámaras industriales pueden ofrecer una captura y un procesamiento de imágenes avanzados compatibles con los estándares industriales y de visión artificial. Los equipos de esta nueva familia de cámaras ya no trabajan como meros proveedores de imágenes, sino que son capaces de trabajar de forma totalmente autónoma o de dar soporte a un PC conectado mediante la preparación previa específica. Pueden llevar a cabo incluso tareas de inferencia complejas con redes neuronales ya entrenadas. La app Smart GenICam Vision permite disponer fácilmente a través de la cámara de las tareas de procesamiento de aplicaciones de cliente de cualquier aplicación compatible con GenICam.