RAUSCHER: Speed-Speed-Speed

High-Speed Bilderfassung

Matrox Helios XCL
für Flächen- und Zeilenkameras mit Camera Link Interface

Bei der Helios XCL – Dual Base – ist es möglich gleichzeitig von zwei komplett unabhängigen, asynchronen Kameras in Base-Konfiguration zu grabben, bei der Helios XCL – Single Full – von einer Kamera in Base-, Medium- oder Full-Konfiguration.
– max. 680 MB/s Erfassungs- und Transferrate
– bis 85 MHz Channel Link Speed
– vier 256 x 8-Bit und vier 4k x 12-Bit LUTs
– TTL und LVDS User I/Os
– opto-entkoppelte Eingänge
– LVDS-Ausgänge für Pixelclock, H- und V-Sync
– integrierter Video-Generator für Diagnose

Matrox Helios XA
für analoge Flächen- und Zeilenkameras

Die Helios XA hat vier vollwertige, unabhängige Analogeingänge, an die parallel verschiedenste Kameras in unterschiedlichen Betriebsarten angeschlossen werden können: z.B. asynchrone Videoquellen, Multi-Tap-Kameras oder ein Mix von RGB- und Monochrom-Kameras.

Durch die Kombination von 2 Eingängen wird die nominale Wandlerrate von 100 MHz auf 200 MHz verdoppelt.

– max. 800 MB/s Erfassungs- und Transferrate
– vier unabhängige, asynchrone Eingänge, mit je
– – 10 Bit A/D-Wandler mit 100 MHz
– – 50 MHz Low Pass Filter mit Bypass
– – 2:1 Multiplexer
– – Vier 1k x 10-Bit LUTs
– – LVDS-Eingänge für Pixelclock, H- und V-Sync
– – TTL Trigger Input und Exposure Output
– – serielle Schnittstelle

– unterschiedliche Eingangskonfigurationen
– – vier Monochrom- oder Mono-Tap Kameras
– – zwei Dual-Tap Kameras
– – eine RGB Kamera und eine Monochrom Kamera
– – zwei Monochrom Kameras mit bis zu 200 MHz

– TTL- und LVDS User I/Os
– opto-entkoppelte Eingänge
– PROM Speicher für Kalibrierungs-Daten
– integrierter Videogenerator für Diagnose

High-Speed Bildvorverarbeitung

Matrox Oasis
Der von Matrox Imaging entwickelte Oasis ASIC ist das Herzstück der Helios Framegrabber. Der hochintegrierte Baustein enthält einen Links-Controller, einen Memory-Controller und den Pixel-Accelerator.

Pixel Accelerator (PA)
Dieser Parallel-Prozessor beschleunigt ganz erheblich Nachbarschafts-, Filter-, Punkt-zu-Punkt- und LUT-Mapping Operationen. Er besteht aus 64 Processing Elementen: jedes enthält eine Multiply-Accumulate-Unit (MAC) und eine Arithmetic-Logic-Unit (ALU).
Jede MAC führt bis zu vier Multiplikationen pro Taktzyklus aus und akkumuliert gleichzeitig in ein 40 Bit Register. Dies führt selbst bei Konvolutionen mit 16×16 Kernel und 16 Bit Daten und Koeffizienten zu keinem Overflow. Symmetrische Kernel werden 4fach schneller berechnet, jede MAC kann bis zu vier Minima/Maxima Operationen für Morphologie pro Takt berechnen.
Jede ALU kann eine Vielzahl von Arithmetik- und Logik-befehlen ausführen. Für das Pixel-Processing können bis zu 256 Befehle in einer Sequenz zusammengefasst werden. Damit werden Speicherzugriffe wesentlich reduziert, vier Quell- und vier Zielbuffer stehen zur Verfügung.
Der Pixel-Accelerator erreicht bis 80 BOPS (billion opera-tions per second), dies entspricht bis 1,6 Mrd. Pixel/s oder 1600 Bilder/s bei einer Auflösung von 1k x 1k mit 8 Bit.

Memory Controller
Der Memory-Controller im Matrox Oasis steuert das 128-Bit breite Interface zum DDR SDRAM Speicher. Bei einer Taktrate von 133 MHz erreicht er eine Bandbreite von über 4 GB/s. Solch eine überaus reichliche Bandbreite sichert den Transfer der Videoströme ohne die Leistungsfähigkeit des PA bei speicherintensiven Operationen einzuschränken.

Links Controller
Der Links Controller ist ein Router, der alle Datenströme auf der Matrox Helios steuert und kontrolliert: den Transfer der Bilddaten von der Grab-Section zum Onboard-Memory für die Vorverarbeitung durch den PA und den Transfer vom Onboard Memory zum Host- oder Display-Speicher. Neben der reinen Datenübertragung übernimmt er auch wichtige Datenformatierungs-Aufgaben, wie z.B. Separierung der Bit-Ebenen am Eingang bzw. Verknüpfung am Ausgang, Input-Cropping (ROI), Subsampling ein-/ausgangsseitig und die unabhängige Steuerung der horizontalen/vertikalen Scan-Richtung – dies ist wichtig bei Multi-Tap Kameras mit unterschiedlichen Scan-Richtungen um die Bilder wieder korrekt zusammenzufügen.

High-Speed Bilddatentransfer

Wie bereits oben erwähnt, managt der Links Controller die komplette Onboard-Kommunikation. Zusammen mit dem 64 Bit PCI-X Bus garantiert er den optimalen Transfer von und zum Host. Bei einer Bustaktrate von 133 MHz wird eine Transferrate von bis zu 1 GB/s erreicht.

Selbst bei schnellsten und hochauflösenden Kameras – gibt es keinen Flaschenhals !!!

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