Grâce au FPGA, la vision industrielle s’embarque sur la caméra

Au salon Measurement World, qui s’est déroulé à Paris du 24 au 26 septembre, l’embarqué est le nouveau mot d’ordre des fabricants de vision industrielle. Cette tendance a été rendue possible par la démocratisation du Field-Programmable Gate Array (FPGA), un type de circuit imprimé reconfigurable destiné à prendre en charge les pré-traitements d’images.

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Grâce au FPGA, la vision industrielle s’embarque sur la caméra
Le FPGA Kintex Ultrascale de Xilink permet d'embarquer le traitement d'images dans une caméra.

« Le FPGA n’est pas encore très connu mais tout le monde en a un dans son téléphone. » Romanne Sailleau sourit, triomphante : elle a trouvé la bonne formule pour introduire les avantages du Field-Programmable Gate Array. Ce petit circuit imprimé, revendique-t-elle, est le « cœur de métier » de Techway, fabricant et distributeur français de système de vision industrielle présent au salon Measurement World, qui s'est tenu du 24 au 26 septembre à Paris.

En bonne place sur le petit stand B50 de cette PME de l’Essonne figure ainsi la GigEPRO, une caméra embarquant un FPGA conçu par Xilinx, l'un des trois constructeurs de ces circuits reconfigurables avec Intel et Microsemi.

Le FPGA, plus performant qu’un CPU et moins gourmand que le GPU

Le FPGA est omniprésent dans les conférences et chez les fabricants de systèmes de vision exposant au salon. Il s'agit d'un ensemble de cellules logiques élémentaires et bascules logiques librement connectables. Plus performant pour traiter une application précise qu’un CPU, le FPGA consomme moins de puissance électrique qu’un processeur graphique (GPU). Flexible car reconfigurable après fabrication, c’est l’une des briques technologiques qui a permis au secteur de la vision industrielle d’entrer une nouvelle ère, celle de la vision embarquée.

« On casse les codes par rapport à ce qui existait il y a quelques année, s’enthousiasme à son tour Michel Ollivier, vice-président de l’Association européenne de la vision industrielle (EMVA). Avant, un système de vision, c’était une caméra, un éclairage et un ordinateur. Aujourd’hui, on embarque de plus en plus l’éclairage et toute l’intelligence dans la caméra. »

Réduire les coûts et multiplier les applications de vision industrielle

Non loin du stand de Techway, l’allemand IDS (Imaging Development Systems), l’un des leaders du secteur de la vision, dévoile son tout premier système de vision embarquée, NXT vegas, muni d’un FPGA. « En vision industrielle, nous avons tendance à faire transiter des images à haute résolution à un débit très élevé sur une couche Ethernet ou USB, ce qui implique une saturation de la bande passante du PC, rappelle Boris Duché, ingénieur chez IDS, à qui l’EMVA a confié une conférence lors du salon. Quand on fait le calcul directement sur la caméra, on envoie juste un résultat : cette image montre un clou ou une vis, par exemple. »Pour les fabricants comme IDS, l’objectif est double : réduire les coûts en se « débarrassant » petit à petit des ordinateurs, selon les mots de Boris Duché, et multiplier les applications industrielles relatives aux trois usages classiques de la vision - le contrôle qualité, la traçabilité des produits et le guidage des équipements robotisés.

Technologie coûteuse et auparavant difficile à configurer pour les non-experts, le FPGA était « réservé aux secteurs de la défense et de l’aéronautique », rappelle Romane Sailleau. En vision industrielle, le coût à l’achat d’un FPGA est compensé par les économies réalisées sur le reste du matériel, assure Michel Ollivier, de l'EMVA. En particulier dans un usage de type edge computing - où l'on ramène le traitement près de la source des données : la carte d’acquisition DragonEYE de Techway permet par exemple selon le fabricant d'utiliser un seul PC pour recevoir et traiter jusqu’à quatre flux de caméras haute résolution (de type GigE Vision). Le PC pouvant alors consacrer sa puissance de calcul au support de plus d'applications.

Quant à la configuration complexe d’un circuit FPGA, la poignée de fabricants de FPGA commencent à adresser le problème. Xilinx a par exemple développé le logiciel Vivado HLS, qui permet de compiler une application écrite en C/C++, plus largement maîtrisée par les ingénieurs informatiques, vers une cible FPGA. Et annonce même, pour l’automne 2020, le circuit FPGA le plus puissant du monde, qui sera doté de 35 milliards de transistors. De quoi faire rapidement connaître cette technologie au plus grand nombre.

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