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Nouvelle définition de la caméra-industrielle

L'étendue des fonctionnalités des caméras-industrielles est développée en permanence par le fabricant. Mais les nouvelles fonctions peuvent être installées par l'utilisateur lui-même, sans qu'il dispose pour autant d'un pouvoir sur l'étendue des fonctionnalités. IDS offre une solution : les caméras-industrielles basées sur des applications de vision de la série IDS NXT peuvent être étendues à des applications programmées par l'utilisateur et les proposer comme des fonctions standard.

Le concept IDS NXT permet également à l'utilisateur de fournir des processus de traitement conformes à GenICam via le fichier de description de la caméra.
Le concept IDS NXT permet également à l'utilisateur de
fournir des processus de traitement conformes à GenICam
via le fichier de description de la caméra.

Jusqu'à ce jour, les fabricants fournissaient aux caméras-industrielles des ensembles de mises à jour dotés de nouvelles fonctionnalités et de correctifs. Les utilisateurs pouvaient ainsi développer l'étendue des fonctions de leurs caméras déjà en service et disposer d'un complément d'options pour leurs applications de traitement des images. Pour accéder aux fonctions actuelles de la caméra, une interface utilisateur (User Interface) appelée UI « dynamique » est nécessaire. L'UI « GenAPI » (Generic Application Programming Interface, interface de programmation d'application générique) permet cet accès aux fonctions sur une caméra-industrielle GenICam. Parallèlement à la liste des fonctionnalités standard (définie par la « Standard Feature Naming Convention », convention d'appellation de fonctions standard), GenICam permet aussi d'intégrer au plan de nœuds de fonctions (l'API de la caméra en quelque sorte) de la caméra des fonctions définies par l'utilisateur. Les fabricants de caméras utilisent cette possibilité pour proposer notamment des fonctions personnalisées spéciales qui ne sont pas (encore) installées par défaut. Les utilisateurs dépendent cependant du fabricant quant aux dates d'édition d'une mise à jour destinée à leurs caméras et des fonctionnalités incluses.

Nouvelle catégorie de caméra intelligente

Sur le marché de la vision industrielle, le nombre de caméras programmables permettant aux utilisateurs d'exécuter directement sur la caméra une fonctionnalité créée par leurs soins augmente. Jusque là seuls les PC ou cartes embarquées professionnels s'en chargeaient. Ce traitement pris en charge par la caméra porte désormais sur le pré-traitement des données graphiques et le filtrage, l'utilisation de réseaux neuronaux grâce au Deep Learning (apprentissage en profondeur) sans oublier le traitement classique des images. Les caméras intelligentes offrent ainsi à l'utilisateur des possibilités totalement nouvelles d'analyse des images, directement sur la caméra. Contrairement aux caméras de vision standard, elles disposent (mais encore rarement) d'une interface de données haute vitesse comme GigE Vision et ne rivalisent donc pas avec leurs homologues de vision en termes de vitesse de transmission. Les interactions avec les fonctionnalités non préprogrammées en usine doivent cependant être mises à la disposition de l'utilisateur ou du logiciel utilisateur via un API. Les interfaces utilisateur propriétaires sont toujours largement utilisées dans ce contexte. Du fait de leur fonctionnement autonome, elles possèdent également souvent des connexions directes aux protocoles industriels majeurs tels que Profinet, EtherNet/IP ou OPC-UA. Cela signifie que, malgré les nouvelles possibilités offertes, ces récentes caméras intelligentes ne remplacent aucune caméra-industrielle de vision standard. Au final, l'utilisateur doit toujours choisir la caméra la plus adaptée à son application ou déterminer s'il a besoin des caractéristiques des deux catégories de caméra.

Les caméras-industrielles IDS NXT dotées de « Smart GenICam » allient les caractéristiques des caméras-industrielles et des caméras programmables.
Les caméras-industrielles IDS NXT dotées de « Smart GenICam » allient les caractéristiques des caméras-industrielles et des caméras programmables.

Deux en une !

Avec les nouvelles caméras-industrielles IDS NXT, plus de questions à se poser. Le fabricant de caméras développe alors les caméras-industrielles internes de vision standard avec le concept IDS NXT reposant sur une application de vision. Résultat : des caméras capables de charger et d'exécuter pour l'utilisation, parallèlement aux fonctionnalités du firmware IDS, des applications de traitement des images programmées par l'utilisateur. Cette extension des fonctionnalités des caméras est rendue possible grâce au concept IDS NXT et de l'application IDS « Smart GenICam ». Le nec plus ultra de cette association réside dans le fait que la configuration, la commande et les résultats de l'application de vision peuvent être exploités dans toute application tiers compatible GenICam, comme HALCON, grâce au fichier de description XML de la caméra. Les appareils restent cependant de véritables caméras-industrielles conformes aux normes, qui peuvent transférer des données graphiques à un PC hôte à pleine vitesse Gigabit Ethernet.

Évolution de l'application

Le concept IDS NXT associé à l'application Smart GenICam permet de faire évoluer une application de vision industrielle compatible GenICam entre la caméra et le PC. En effet, l'utilisateur peut décider, selon les performances requises, des modalités d'exécution de son application : classique sur une station de travail PC, entièrement autonome sur la caméra ou coopérative sur les deux appareils.

Les caméras industrielles IDS NXT peuvent prendre en charge une partie des processus d'application et de décision à partir du PC hôte (1) partiellement (2) ou complètement (3).
Les caméras industrielles IDS NXT peuvent prendre en charge une partie des processus d'application et de décision à partir du PC hôte (1) partiellement (2) ou complètement (3).

Il peut s'avérer utile d'exécuter directement sur la caméra (on the Edge) un pré-traitement des images ou une présélection de données au lieu de mettre à disposition sur un PC une importante quantité de données en continu. Voici quelques raisons qui peuvent justifier ce choix : réduction de la charge du réseau, traitement matériel plus rapide, réduction de la consommation énergétique, coûts système moindres.
Grâce à l'utilisation de la couche de transport générique (Transport Layer, GenTL) – que ce soit en externe en relation avec la caméra ou au sein du firmware de la caméra lors de l'accès au capteur – peu importe d'où proviennent les données pour le niveau applicatif. L'interface de données n'a pas besoin d'être modifiée lors d'un déplacement de l'application dans la caméra. Cela simplifie le développement et la validation d'une fonctionnalité Smart GenICam. Le code applicatif ne doit être ni modifié, ni réécrit dans la caméra pour l'exécution. Cela signifie que le développement de toute l'application de traitement des images s'effectue d'abord de manière classique avec la caméra comme simple fournisseur d'images et une application entièrement exécutée sur un PC hôte. Étant donné que la caméra n'a pas besoin d'être changée pour les étapes suivantes, la suite du développement de l'application s'en trouve simplifiée, ce qui permet également de gagner du temps et de l'argent. Le développeur décide alors des parties qu'il souhaite, dans l'idéal, exécuter directement sur la caméra et les charge en tant qu'application de vision intégrée à un modèle de caméra IDS NXT. Le firmware inclut le code applicatif dans l'étendue des fonctions de la caméra. Les paramètres de commande et de fonctionnement ainsi que les résultats de la partie applicative dynamique sont fournis conformes à la vision par l'application Smart GenICam via le fichier de description XML spécifique à l'appareil. Le développeur de l'application maîtrise alors complètement les nouvelles fonctionnalités de la caméra.

Avantages des possibilités d'évolution de l'application

Le concept IDS NXT décale le traitement des images du PC pour le rapprocher de la source des images. Au lieu de simplement transmettre les données d'image complètes de capteurs haute résolution, il est aussi possible d'obtenir les conclusions et les résultats directement sur la caméra. Cela réduit la bande passante de transfert pour transmettre les données nécessaires au système en aval et permet de déclencher immédiatement les processus subséquents directement par l'intermédiaire de la caméra. Ainsi, parallèlement à l'évolution partielle, certaines applications peuvent aussi être effectuées entièrement par la caméra si un traitement ultérieur sur un PC n'est pas nécessaire. Cela permet d’économiser de l’espace et des coûts pour une infrastructure PC facultative. Plus une application est déplacée sur la caméra, plus l'ensemble du système améliore son rendement énergétique, car la consommation énergétique de la plateforme de caméra est bien inférieure à celle d'une station de travail PC. IDS a fait la démonstration de l'évolution complète de l'application sur une plateforme IDS NXT lors du salon Vision 2018 à l'aide d'exemples simples de traitement des images comme des systèmes de tri de couleurs et de formes installés sur IDS NXT vegas Profinet.

Résumé

Grâce au concept IDS NXT s'appuyant sur une application de vision, la prise de vue et le traitement des images sont disponibles « on the edge » dans des caméras-industrielles et en toute conformité avec l'industrie et la vision. Les appareils de cette nouvelle famille de caméras ne sont plus de simples fournisseurs d'images, ils sont aussi capables de fonctionner de manière totalement indépendante ou d'assister un PC raccordé par un prétraitement individuel. Même des tâches d'inférence complexes avec des réseaux neuronaux pré-formés sont possibles. L'application de vision Smart GenICam permet aussi de fournir très simplement les tâches de traitement d'une application client via la caméra de chaque application conforme à GenICam.

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