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Ordinateurs de vision

Pour choisir un PC adapté à une application de vision spécifique, il est nécessaire de prendre en compte une multitude de facteurs afin de s’assurer que la solution choisie offrira bien les performances nécessaires et pourra être utilisée sur le long terme.

Ce chapitre vous présente différentes caractéristiques du système, essentielles à prendre en compte au moment de choisir le système informatique et son fabricant.

Il y a quelques années encore, les ordinateurs embarqués ne disposaient pas des capacités requises pour un système de vision. Les ordinateurs de vision industrielle étaient souvent composés de racks 19", équipés de composants haute performance.

Depuis, des avancées considérables ont été réalisées dans ce domaine et les PC industriels sont désormais compacts, performants et fanless. Grâce à l’absence de câblage interne et de composants mobiles, ces ordinateurs répondent aux exigences du secteur de la vision. Ils conviennent parfaitement aux environnements industriels rudes et offrent la puissance de traitement nécessaire. Comme dans de nombreux autres secteurs, il existe une grande variété de solutions informatiques, à différents prix. Nous déconseillons cependant de choisir un ordinateur de bureau conventionnel pour réaliser des tâches de vision industrielle, uniquement pour une question de coût.

On enregistre ces derniers temps une importante croissance de plateformes pour applications embarquées, dans les domaines de la mise en réseau, de l’automobile ou de la téléphonie mobile, qui ne sont ni Intel ni Windows. Ces processeurs ARM sont en train de faire leur entrée sur le marché de la vision industrielle dans des applications de grandes quantités et à faible consommation énergétique. Il existe des caméras de vision industrielle prenant en charge l’interface MIPI embarquée, et des fournisseurs de logiciels de vision tournés vers ces plateformes.

STEMMER IMAGING répond à ce changement et fournit des services de support et des modules logiciels pour réduire sensiblement les délais de commercialisation.

Exigences

Le choix des bons composants a une influence directe sur la performance et la stabilité à long terme d’un système de vision. Il doit en effet traiter de très grands volumes de données, principalement des images à haute cadence d’acquisition. Les PC ne sont pas tous adaptés de la même manière à la réalisation de ces tâches, et les ordinateurs conventionnels ne sont généralement pas soumis à des tests de contrainte sous débit de données continu. Indépendamment du choix de la bonne interface (voir notre chapitre Acquisition d’images), il est indispensable de tenir compte des éléments suivants avant de choisir son ordinateur :

  • Quel est le débit de données maximal que le système doit traiter ?
    • Nombre de caméras, taille de l’image, débit d’images ?
    • Bande passante mémoire ?
  • Combien d’images simultanées doivent être conservées en mémoire pour un accès immédiat ?
    • Capacité de mémoire ?
  • Le système doit-il traiter ces données à la même vitesse ?
    • Combinaison de vitesse / nombre de processeurs / bande passante mémoire ?
  • Toutes les données doivent-elles être enregistrées sur le disque dur ?
    • Configuration de disque dur et débit de données ?
  • Quel niveau de redondance matérielle est-il nécessaire pour garantir l’intégrité des données ?
    • RAID : mise en miroir du disque dur, alimentation dupliquée ?
  • Le logiciel est-il conçu pour fonctionner avec des systèmes multiprocesseurs et multi-coeurs ?
    • Nombre de processeurs ? Nombre de configurations différentes ?
  • Quel niveau de fiabilité (MTBF) doit-il être atteint ?
    • Prise en compte de la configuration du PC, y compris câblage ou disques SSD.
  • Quelles sont les conditions environnementales sur le lieu d’utilisation en termes de température, de vibrations, etc. ?
  • Début prévu de la production et durée de vie ?
    • Obsolescence technologique des composants, garantie de livraison ?
  • Facteurs mécaniques ?
    • Taille du boîtier et design ?
  • Aspects environnementaux ?
    • Sans plomb, ventilateur du PC, filtres, pannes électriques, CEM, etc. ?

Choix du boîtier

Selon l’environnement, l’ordinateur doit répondre à des exigences particulières. Si un système est utilisé dans un environnement industriel rude, il doit évidemment présenter des propriétés différentes de celles qui sont par exemple nécessaires dans une salle blanche. Pour certains environnements, une résistance extrême aux secousses et aux vibrations est indispensable, par exemple dans un véhicule. D’autres applications de vision exigent une grande résistance aux températures extrêmes, par exemple pour la surveillance de la circulation en extérieur. Les mêmes exigences s’appliquent aux composants internes du système.

Choix du processeur

Il existe différentes configurations de processeurs disponibles dans une large gamme de niveaux de performance. Contrairement à d’autres applications, un certain nombre de facteurs (en plus de la vitesse) sont importants lors du choix du bon processeur pour une application de traitement d’images.

En général, il existe trois domaines d’application appropriés pour ces processeurs :

  • Station de travail : Intel Core i7/i5/i9
  • Mobile : Intel Atom & ULV Core i5 & i7
  • Serveur : Intel Xeon

Les processeurs de stations de travail sont en règle générale utilisés dans des systèmes de vision standard, tandis que les processeurs mobiles sont souvent utilisés dans des solutions embarquées, en raison de leur faible consommation en énergie. Pour les tâches plus exigeantes, qui nécessitent plusieurs processeurs ou des débits de données élevés, on utilise souvent des processeurs pour serveur, car ils présentent généralement plus d’interfaces de mémoire et un flux de données plus élevé.

La loi de Moore nous dit que la puissance des processeurs est multipliée par deux tous les deux ans. Par conséquent, il est donc aujourd’hui possible d’exécuter des applications qui étaient il y a 5 ans uniquement exécutables avec des solutions basées sur serveurs, avec un PC compact fanless, équipé de processeurs à faible puissance. En raison des cycles d’innovation des composants informatiques, les processeurs utilisés pour les applications informatiques normales ont des cycles de vie assez courts. Cela va à l’encontre des exigences requises par les systèmes industriels qui ont besoin d’une disponibilité et d’une assistance à long terme. C’est pourquoi des fabricants comme Intel ont choisi des processeurs spéciaux pour leurs gammes de produits embarqués. Ces derniers sont ainsi disponibles à long terme pour un prix à peine plus élevé.

Nombre de coeurs et de processeurs

Dans la plupart des cas, un processeur comprend plusieurs coeurs, ce qui permet d’exécuter des tâches ou des applications en parallèle. En théorie, cela permet de multiplier les performances du PC par rapport aux ordinateurs à processeur unique.

Néanmoins, cela reste avantageux pour les systèmes de vision uniquement lorsque le logiciel est compatible avec les architectures en multi-threading.
Les processeurs multi-cœurs sont une alternative pratique à l’utilisation de deux processeurs séparés, comme Intel Xeon. En principe, les cartes-mères prennent en charge deux à quatre processeurs avec 40 cœurs, voire plus. Le nombre de cœurs et la bande passante mémoire continuent d’augmenter. Des processeurs Octo-Cores (processeurs à huit cœurs) sont à présent disponibles sur le marché et de nouveaux développements sont attendus dans ce domaine.

Comparaison de niveaux de performances standard

Au vu du grand choix de nouveaux processeurs et des nouvelles architectures disponibles sur le marché, il y a une multitude d’éléments dont il faut tenir compte lors de la sélection du bon produit. Le diagramme suivant offre un bref aperçu de la performance relative des différents préprocesseurs. Attention cependant : des algorithmes différents imposent des charges différentes aux processeurs.

Ces valeurs de référence du CPU utilisent le système d’évaluation PassMark. Comme pour tout système de référence, les résultats ne sont pas exhaustifs, car de nombreux autres facteurs peuvent potentiellement influencer le résultat final. Néanmoins, cela permet d’avoir une bonne référence pour comparer différents processeurs. La comparaison suivante illustre bien l’augmentation des performances : les processeurs actuels d’entrée de gamme Embedded/ATOM fournissent la même puissance de calcul qu’un ordinateur de bureau de catégorie moyenne datant de 2006, mais ils requièrent moins de courant et aucun ventilateur.