Датакуб Инк.

Датакуб, Инк.

Datacube Inc. (1978–2005) была компанией по обработке изображений продукты реального времени , которая разрабатывала аппаратные и программные для промышленного, медицинского, военного и научного рынков. Datacube позволял моделировать и просматривать данные в нескольких измерениях.

Ранняя история

Datacube была основана в середине 1970-х годов Стэнли Каранданисом и Дж. Стюартом Данном. Первоначально Datacube производила продукцию уровня платы для Multibus , одной из первых компьютерных шин, разработанных для микропроцессоров . Ранние платы, разработанные Данном, представляли собой платы PROM, RAM и генератора символов. Платы отображения символов, такие как VT103 и VR107, продавались особенно хорошо и использовались в программаторах программируемой постоянной памяти (PROM) и подобных системах.

В начале своей карьеры президент и генеральный директор Datacube Стэнли Каранданис следовал за лидерами в области полупроводников от Bell Labs через Transitron до Fairchild Semiconductor . Каранданис был техническим директором компании Monolithic Memories (MMI), когда Джон Биркнер и Х.Т. Чуа разработали первое успешное программируемое логическое устройство — устройство программируемой матричной логики (PAL). Его контакты в области полупроводников сыграли важную роль в обеспечении Datacube компонентами для своей продукции.

OEM-производитель спросил у Datacube, устройство захвата кадров можно ли построить на плате Multibus . В то время фреймграббер представлял собой большую коробку с несколькими досками. VG120 был первым коммерческим одноплатным устройством захвата кадров , основанным на логике программируемых массивов (PAL); он имел разрешение 320 x 240 x 6 бит, в оттенках серого видеовход и выход .

Каранданис нанял Рашида Бега и Роберта Ванга из Matrox для разработки первого Q-Bus (DEC LSI-11) устройства захвата кадров . Они разработали двойную плату QVG/QAF120, 8-битный продукт, в первую очередь для нового стартапа под названием Cognex . Пока последние разрабатывали аппаратное обеспечение для Datacube, они также планировали выделиться и сформировать конкурента — Imaging Technology, которую позже купила Dalsa .

Чтобы оправиться от этой потери и завершить работу над продуктом QVG120, Дэйв Эриксон был нанят в 1981 году в качестве консультанта из Octek техническим менеджером Полом Блумом. Эриксон пришел на полную ставку в 1982 году, как и Дэйв Симмонс, который должен был возглавить приложения, и Боб Бергер, который должен был возглавить программное обеспечение. В это время компания Imaging Technology Inc. (ITI) разрабатывала линейку продуктов захвата кадров для Multibus и Q-bus с процессором изображений «реального времени», основанным на одноточечном умножителе, сумматоре и справочной таблице (LUT). 1983 году Каранданис нанял Шепа Сигела из Ampex , который работал над передовым и успешным видеопространственным манипулятором Ampex Digital Optics (ADO) реального времени для рынка телевещания В .

С помощью Данна Симмонс разработал VG123 Multibus и Q-bus платы захвата кадров . Во время этой разработки Пол Блум умер, и Дэйв Эриксон был назначен техническим менеджером вместо Блума.

SP123 Сигел пришел, чтобы добавить процессор изображений к семейству '123. Но, работая над ADO, Сигел увидел ограничения одноточечной архитектуры и представил, чего можно добиться, применяя конвейерную визуализацию в реальном времени. Он разбирался в устройствах обработки цифровых сигналов (DSP), обработке изображений , фильтрации и 2D-деформации. Имея в руках программируемую логику , Сигел увидел, что можно сделать.

Эриксон и Данн разработали платы захвата кадров , используемые на большинстве стандартных автобусов. Каждому потенциальному новому клиенту требовались функции, недоступные в настоящее время, а проектирование, компоновка (с использованием нарисованных вручную рисунков) и производство платы для одного клиента были рискованными, медленными и дорогими. Нужен был способ использовать разработанную технологию, чтобы ее можно было применить к более широкой клиентской базе. Эриксон считал, что модульная архитектура, в которой можно было бы легко добавлять функции, и система, адаптированная к потребностям клиента, имела решающее значение.

В это время шину VME компания Motorola представила для своих процессоров Motorola 68000 . Автомобильному и военному рынкам VMEbus понравился , потому что он был открытым и надежным. Разработчики Datacube отправились в маркетинговую поездку, чтобы посетить потенциальных клиентов на медицинском, автомобильном и военном рынках, чтобы узнать, какие функции визуализации им необходимы.

МаксВидео 10

Модульная и расширяемая система на базе форм-фактора VMEbus может удовлетворить многие потребности клиентов. MaxVideo Появились и MaxBus. Маркетинговые исследования определили основные необходимые функции и план действий на следующие несколько лет. Первыми семью платами MaxVideo были Digimax (дигитайзер и дисплей), Framestore (тройное хранилище кадров 512^2 с беспрецедентной плотностью), VFIR (первый фильтр изображений 3x3 в реальном времени, SNAP (процессор систолического массива окрестностей 3x3), Featuremax (статистика в реальном времени). ) SP (одноточечный процессор общего назначения) и Protomax (плата прототипирования MaxVideo) 10 бета-клиентов выстроились в очередь, чтобы получить первые 7 плат MaxWare — программное обеспечение и драйверы, написанные для управления новыми платами.

Первая демонстрация нового оборудования заключалась в том, что выходные данные камеры обрабатывались в режиме реального времени с помощью VFIR и отображались на мониторе. Сигел написал цикл, который изменял коэффициенты VFIR кадр за кадром, чтобы продемонстрировать не только функциональность видео в реальном времени, но и то, что эту функцию можно легко изменить. Весной 1985 года продукт не был готов к производству, поэтому на выставке Detroit Vision '85 были организованы частные показы с участием потенциальных клиентов. Реакция клиентов была положительной, и через три месяца были отправлены первые поставки клиентам.

MaxBus был основан на шине расширения 123-го. Требовалась точная синхронизация: синхронизация и синхронизация каждой платы, а также гибкий способ маршрутизации данных от функции к функции. Использовалась простая дифференциальная шина ECL с драйвером на одном конце и терминатором на противоположном конце. Для передачи данных 14-контактные ленточные кабели позволяли передавать 8-битные данные с частотой 10 МГц с любого выхода на любой вход.

В это время компания начала расти. Барри Иган был назначен главой производства, предприниматель Барри Унгар — президентом. Боб Бергер расширил отдел программного обеспечения и перевел основные компьютеры с CP/M машин на машины Unix на базе LSI-11 от Digital Equipment Corporation . Unix Для разработки аппаратного и программного обеспечения был на базе Pyramid приобретен мэйнфрейм . Бергер купил первые рабочие станции Sun и организовал Ethernet локальную сеть . Он зарегистрировал «datacube.com» как 68-е существующее доменное имя в Интернете (теперь принадлежащее Брэду Магфорду). В сфере аппаратного обеспечения Джон Блумфилд был нанят из Ampex .

Разработан второй уровень продуктов MaxVideo. Сигел основал первую программу деформации изображений, состоящую из Addgen, Interp и XFS. Джон Блумфилд расширил фиксированную обработку 512 x 512, включив в нее обработку областей интереса (ROI). Он начал разработку с новых FPGA от Xilinx . RoiStore, MaxScan (первый произвольный интерфейс датчика), VFIR-II и MaxSigma. Эти продукты сделали Datacube технологическим лидером в области обработки изображений в реальном времени.

Было ясно, что для управления сложными новыми конвейерами визуализации необходим более эффективный способ, чем низкоуровневое управление MaxScan. Был разработан ImageFlow. Он обеспечивал полное управление и оптимизацию задержек конвейера, а также согласованный API для программирования оборудования для обработки изображений. Были привлечены ключевые программисты: Кен Вудленд, Стивен Уоткинс и Ари Берман.

Понимая, что не все функции обработки изображений можно лучше всего реализовать в конвейере, Сигел объединился с (DSP) Analog Devices группой новых цифровых сигнальных процессоров для разработки Euclid на основе ADSP-2100. На некоторых рынках требовалась оцифровка цвета, поэтому Сигел объединился с консультантом по телерадиовещанию Робертом Блейдтом для разработки Digicolor.

Программа деформации изображений первого поколения Datacube привлекла внимание индустрии «эксплуатации изображений», в частности компании Lockheed . Позже Сигел разработал преобразователь второго поколения для ROI: Addgen MkII, основанный на Weitek 3132, и Interp MkII. Данн разработал Megastore для обработки больших изображений, необходимых этому рынку. К тому времени оригинальные SP и Featuremax выдохлись, поэтому были разработаны SP MKII и FeaturemaxMkII. Эриксон разработал MaxMux, первую плату Datacube, использующую специальную ASIC . MaxMux ASIC также использовался в ROIStore для маршрутизации сигналов.

Чтобы удовлетворить потребность в объединении изображений и графики рабочей станции , Данн и Эриксон разработали MaxView, дисплей высокого разрешения с возможностью отображения изображений в окне в реальном времени. Уоткинс портировал X Window на этот дисплей. Несмотря на то, что одна коробка оборудования maxVideo могла заменить комнату, полную оборудования в Lockheed, продукт не был куплен. Lockheed заработала слишком много денег на устаревшей системе, чтобы захотеть перейти на более новую, меньшую и лучшую систему.

Типичная система теперь состояла из шасси MaxBox с 20 слотами VMEbus и возможностью установки до 20 плат. Самая крупная из когда-либо созданных систем MaxVideo была создана компанией Honeywell для идентификации воздушных целей. Он состоял из пяти шасси по 20 слотов, заполненных оборудованием MaxVideo. Для этих очень больших систем был разработан новый повторитель MaxBus. Еще одной важной разработкой MaxVideo 10 стала система тестирования модулей FLIR , созданная Мартином Мариеттой . Национальная лаборатория Сандия внедрила MaxVideo в систему нацеливания на радарные изображения.

МаксВидео 20

Следующим шагом было внедрение полной стойки оборудования MaxVideo 10 в пакете VMEbus с двумя слотами , увеличение частоты конвейера до 20 МГц, сохранение модульности и гибкости и исключение большинства синих кабелей MaxBus. МаксВидео 20 родился. Для этого потребовался новый 3-портовый модуль памяти изображений на базе 72-контактного форм-фактора SIMM , который был разработан Данном. На каждом Max20 использовалось до 6 ячеек памяти. Max20 также использовал новую линейку микросхем обработки изображений от LSI Corporation , включая цифровую точку пересечения 32 x 32 и фильтр с конечной импульсной характеристикой (FIR) 8x8 20 МГц. Данн разработал новый контроллер дисплея AG с частотой отображения до 40 МГц, а Эриксон разработал новое семейство аналоговых и гибких цифровых интерфейсов с частотой 20 МГц AS и AD. Данн разработал цифровой преобразователь цвета AC. Еще одной особенностью MaxVideo20 стал новый ASIC общей обработки AU, разработанный Dunn. Это устройство содержало множество инновационных функций линейной, нелинейной и статистической визуализации. Его архитектура должна была стать ядром не только Max20, но и системы обработки изображений следующего поколения. Dunn's AU, построенный в эпоху схем до RTL. ASIC включает в себя умножители стенда, разработанные математиком Стивом Габриэлем.

Память SIMM была реализована с помощью CPLD, FPGA и графической DRAM. Он был ограничен 1 МБ памяти и требовал 14 устройств, плотно упакованных в SIMM . Сигел разработал VSIM, быструю и мощную ASIC для управления SDRAM высокой плотности, а также создал SIMM для замены трех устройств. Это была трехпортовая память изображений объемом 1, 4 или 16 МБ, полоса пропускания на входе и выходе до 40 МБ / с, а обработки изображений также содержащая множество функций . Технология VSIM должна была использоваться во многих будущих продуктах.

Для MaxVideo 20 был разработан ряд модулей обработки MaxModule. Одним из них был MiniWarper от Siegel, преобразователь реального времени с частотой 20 МГц, основанный на новой конструкции ASIC, MW4242. С появлением MaxModules появилась возможность реализовать функцию обработки изображений на небольшой и простой плате с гораздо меньшими затратами, чем на полноценной плате VME.

Военное подразделение IBM в Гейтерсбурге, Мэриленд, было заинтересовано в новой системе эксплуатации изображений, поэтому Datacube разработала для них систему эксплуатации третьего поколения. Эта мощная система использовала память изображений с чрезвычайно высокой пропускной способностью и генератор адресов Эриха Уитни, способный создавать матрицы пространственного преобразования 7x7, все вычисляемые с плавающей точкой двойной точности. Для отображения результатов была разработана новая мощная система отображения XI.

К сожалению, из-за отсутствия твердого контракта IBM взяла только пару этих систем, и один год талантливых инженерных усилий Datacube был фактически потрачен впустую. Но у Datacube были и другие проекты. В MaxVideo 20 было использовано несколько ключевых технологий. Была интегрирована готовая дисковая система хранения для использования в медицинских системах и системах обработки изображений, но у этой системы были неразрешимые технические проблемы, поэтому Сигел разработал MD на основе готовой системы. полка внешнего SCSI RAID-бокса. 12-битный дигитайзер Digi-12 был разработан Эриксоном и был ключевым элементом системы цифровой радиологии Picker. Datacube разработала интерфейс к процессору массива Sky, чтобы получить военный контракт GE на гидролокационную систему подводной лодки.

МаксPCI

До 1996 года MaxVideo полностью основывался на VMEbus . VMEbus , Unix , OS-9 , VxWorks и Lynx-OS хорошо служили рынкам, но Windows 95 и Pentium персональные компьютеры (ПК) на базе с шиной PCI набирали силу. Очевидно, требовалась версия MaxVideo для ПК. MaxPCI разрабатывался более двух лет. VSIM уже обеспечивал целевую скорость обработки MAX PCI в 40 МГц, но все остальное необходимо было обновить или перепроектировать. Ядром MaxPCI была новая гигантская ASIC-схема пересечения: 50 x 40 x 8 с полной точкой пересечения времени окупаемости инвестиций и множеством функций обработки изображений, разработанная Уитни. Данн перепроектировал ASIC AU для работы на частоте 40 МГц и разработал новый блок статистики. Тим Гэнли разработал подсистему сбора данных, а Симмонс разработал новое семейство аналоговых и цифровых интерфейсных модулей 40 МГц, QA и QD.

В качестве интегрированного дисплея VGA использовалась плата от другой компании по производству изображений Univision. Для решения работы с дисками в реальном времени Шеп разработал NTD, программное решение для доступа к дискам в реальном времени.

Между тем, Datacube осознала необходимость лучше помогать своим клиентам разрабатывать комплексные решения на рынках медицины, веб-инспекции и машинного зрения . Так были сформированы три группы развития вертикальной интеграции. Сигел возглавил Medical, Симмонс — Web, а Скотт Рот — Machine Vision. Каждая из этих групп разработала системы для OEM-производителей на своих рынках.

Набор инструментов MaxVision

В 1995 году группа машинного зрения выпустила MaxVision Toolkit, библиотеку программного обеспечения для получения изображений, поиска объектов, метрологии, функций проверки и калибровки камеры. В частности, набор инструментов включал в себя получение изображений (нормализованная корреляция и связность), метрологические инструменты (подбор линий, подгонка дуг и локаторы краев), инструменты проверки (золотой шаблон, подсчет пикселей и построение гистограмм), инструменты обработки изображений (краевые фильтры Собеля, кросс-анализ). фильтры градиентных краев, пороговые операции, морфология, арифметика изображений, копирование изображений, проекции X и Y и свертки) и высокоточная калибровка с коррекцией перспективных искажений.

Свами Маникам, Скотт Рот и Том Бушман из группы машинного зрения разработали важный инструмент под названием Finder, который выполняет интеллектуальную нормализованную корреляцию оттенков серого, инвариантную к вращению, масштабированию [в ограниченной степени] и искажению перспективы. Результатом этих усилий стал патент.

Компания Datacube разработала и произвела одноплатный процессор изображений со встроенным процессором PowerPC для шины VMEbus, получивший название mvPower. Datacube представила MvTD, компактную систему машинного зрения, использующую mvPower. Он имел четыре разъема на передней панели для входов камеры типа Hirose, четыре вспомогательных разъема, два последовательных порта, разъем для мезонинной платы PCI, разъем дисплея и разъем сбора данных.

Затем Datacube создал mvPower-PCI со спецификациями, аналогичными mvPower для VME. Обе платы использовали ASIC Datacube для обработки и получения изображений. MaxVision Toolkit работал на этих платах с использованием операционной системы реального времени VxWorks.

Технологии

Контакты Каранданиса на рынке полупроводников дали Datacube конкурентное преимущество в применении новых технологий. Раньше цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП) видео представляли собой большие модули или дорогие и энергоемкие биполярные устройства. Datacube работал со стартапом Telmos из Кремниевой долины над разработкой первого интегрированного видео-ЦАП. Он использовался в семействе '128, а также в Digimax. Это была отправная точка для всех видео-ЦАП и RAMDAC от Brooktree и других производителей. Datacube предстояло пережить несколько технологических волн, включая быстрые АЦП, дисковые накопители, DRAM , устройства DSP и специальные ASIC .

Программируемая логика была важна для функциональной плотности Datacube: от первых дней существования биполярной программируемой логики массива (PAL) и программируемой постоянной памяти (PROM) до универсальной логики массива (GAL), до каждого поколения FPGA от Xilinx , а затем от Actel и Quick. Логика и Altera CPLD . Многие производители полупроводников признали, что Datacube может помочь вывести на рынок их новые продукты. Datacube был идеальным сайтом для бета-тестирования, и они делились своими планами, последними предложениями и поддержкой.

ASIC сыграли решающую роль в успехе Datacube. От первой небольшой точки пересечения: 3000 вентилей в 2 микрометра, AU: 40 000 вентилей в 0,8 микрометра, через VSIM, MiniWarper, AU40 и IXP. Каждое из этих устройств использовалось в нескольких продуктах. После IXP плотность и стоимость FPGA стали догонять полноценные ASIC , поэтому FPGA технологиями выбора стали .

Отказ и закрытие

Datacube всегда была компанией, ориентированной на аппаратное обеспечение. Ее продукты конкурировали с программными решениями, работающими на процессорах . Когда процессоры находились в диапазоне 100–1000MIPS, решения Datacube 1G–10G считались более полезными. Когда процессоры и многоядерные процессоры начали превышать 1000 MIPS, решения Datacube больше не были нужны, за исключением приложений самого высокого уровня. И прибыли от этих приложений было недостаточно для поддержания бизнеса.

MaxVision Toolkit работал на процессорах, поэтому выжил. На протяжении многих лет лицензия на него была предоставлена ​​нескольким компаниям, а исходный код в конечном итоге был куплен Скоттом Ротом, бывшим вице-президентом Machine Vision. .

Менеджеры Datacube считали, что лучший способ защитить интеллектуальную собственность (ИС) — это опережать конкурентов, и считали, что патенты — это пустая трата времени и денег, которая влечет за собой конкуренцию и потенциальные иски о нарушении прав. Таким образом, несмотря на множество изобретений, открытий и идей, патентов было подано мало. Отсутствие патентов в конечном итоге не оставило технологической базы для возможностей лицензирования.

Внешние ссылки

• [1] About Stanley Karandanis
• [2] A Tribute to Stanley Karandanis
• [3] Тест Abingdon Cross
• [4] Технология деформации
• [5] Патент США № 5063608 «Адаптивный зональный кодер».
• [6] Фотографии Datacube на SmugMug
• [7] Бумага MaxVideo от Electronic Imaging, 1985 г.