SwissFEL_BeamProfile_02Das Paul Scherrer Institut (PSI) in Villigen plant den Bau einer neuen Röntgenlichtquelle, der Schweizer Freie-Elektronen-Laser Swiss FEL. Dank der hohen Zeitauflösung (10-15s) sollen in Zukunft vor allem die dynamischen Prozesse in Festkörpern und Molekülen studiert werden.

Für die SwissFEL Strahldiagnostik wird ein neuartiges bildgebendes Messsystem entwickelt, kurz die ‚camBox’, welche den Elektronenstrahl mit Hilfe von 2D Kameras erfasst, die Kamerabilder lokal in Echtzeit verarbeitet, und die relevanten Strahlparameter wie z.B. Position, Breite mit minimaler Latenz an Computer im Kontrollraum schickt.

Lösung

Gemeinsam mit dem PSI wurde ein Entwicklungsplan erarbeitet und bis Phase-3 durchgeführt ():

  1.  Anforderungen & Spezifikationen  Hard- & Software, Algorithmen, Interfaces
  2. Design Studie  Evaluation von 5 Lösungsvarianten mit Ergebnis
  3. Prototyp Entwicklung mit Fokus Zeitersparnis  VME-FPGA-Plattform mit Standardkomponenten
  4. Industrialisierung mit Fokus Kostenoptimierung  Linux PC mit FPGA-Beschleuniger als Eigenentwicklung

Seit Anfang 2013 wird der von SCS entwickelte camBox Prototyp am PSI getestet. Projektstart war 2011.

Technische Eigenschaften der camBox

camBox_Design_and_FPGA-ImgPorcessing_02
Abbildung: camBox Architektur und Image Processing Pipeline

Die camBox übernimmt folgende Aufgaben:

  • Analyse der Strahlprofile von Kamerabildern mit Frameraten bis 100Hz
    • Korrektur von Bildartefakten
      • Cosmics, Salt & Pepper Noise
      • Offset- und Hintergrundlevels
      • Kamera Rotationen: ± 5°, ±90°,180°
  • Berechnung von Strahlparametern
    • Strahlprofile entlang Kameraachsen: x-Profile, y-Profile
    • Strahlposition: z.B. via Center-of-Mass (CoM) oder Brightest-Pixel
    • Strahlbreite: z.B. via Full-Width-%-Maximum (FW%M), curve fitting
  • Unterstützung Kamerainterface GigE Vision
  • Synchronisation via Event & Timing Logic von SwissFEL
  • Schnittstelle zu EPICS
camBox_AlphaData_Prototype_01
Abbildung: Hauptmodule der camBox (v.l.n.r): FPGA-Beschleuniger, Kamerainterface, VME Carrier

 

 

 

 

 

Kundenutzen

Die camBox erfasst charakteristische Parameter des SwissFEL Elektronenstrahls in Echtzeit und übermittelt diese mit kurzer Latenz zur Strahldiagnostik ins Kontrollzentrum. Diese diagnostischen Daten sind wichtige Regelparameter für das Kontrollzentrum, sowohl bei der Inbetriebnahme, der Optierung, dem Betrieb und dem Unterhalt der SwissFEL.

Weiterverwendung

Die Beschleunigung von Bildverarbeitungsprozessen mit Hilfe von FPGAs kann typischerweise da eingesetzt werden, wo die Geschwindigkeit von Multi-Core Prozessoren oder GPU Lösungen nicht ausreicht. Und: FPGA-Entwicklungen sind eine unserer Kernkompetenzen.

Ansprechsperson bei SCS
Christof Bühler

Die SeeFront GmbH wurde mit dem Deutschen Innovationspreis 2013 ausgezeichnet. Das Hamburger Unternehmen überzeugte mit seiner brillenlosen  3D-Bildschirmtechnologie die Jury, der u.a. der Physik-Nobelpreisträger Prof. Dr. Gerd Binnig und die Präsidentin des Deutschen Patent- und Markenamtes  Cornelia Rudloff-Schäffer angehörten. Die Preisträger in den Kategorien Großunternehmen, Mittelständische Unternehmen sowie Kleinere Unternehmen und  Start-ups wurden am 26. April auf einer Galaveranstaltung in München in Anwesenheit des Schirmherrn Bundeswirtschaftsminister Dr. Philip Rösler bekannt  gegeben.

SeeFront macht in diesem Jahr den entscheidenden Entwicklungsschritt vom Technologie-Lizenzgeber zum Hersteller für 3D-Displays. Darüber hinaus  beabsichtigt SeeFront, das internationale Geschäft mit Unterstützung von externen Kapitalgebern auf weitere Branchen auszuweiten und ein eigenes Monitor-Produkt auf den Markt zu bringen.

Im Mai wird SeeFront auf der wichtigsten Branchenmesse für Bildschirmtechnologie, der SID Display Week in Vancouver, sein erstes eigenes Hardware-Produkt vorstellen, einen 23‘‘ 3D-Bildschirm zum Einbau in OEM-Produkte. Die Serienproduktion durch einen erfahrenen Auftragsfertiger soll im dritten Quartal beginnen, ein erster Großauftrag liegt vor.

Wir gratulieren den Preisträgern ganz herzlich!

www.seefront.com