機(jī)器視覺在自動(dòng)化測(cè)量系統(tǒng)中的應(yīng)用日益普及。其原因是越來越多的信息需要從相機(jī)中提取，而不是從一個(gè)專用傳感器中提取。相機(jī)可以用于提取溫度信息、測(cè)量尺寸，并檢查對(duì)象存在與否，同時(shí)也提供了許多其它有用的信息。這使其廣泛應(yīng)用于質(zhì)量檢測(cè)、機(jī)械控制和機(jī)器人引導(dǎo)等應(yīng)用中，所有這些應(yīng)用在選擇控制硬件和軟件時(shí)都有獨(dú)特的需求和挑戰(zhàn)。西安德伍拓自動(dòng)化傳動(dòng)系統(tǒng)有限公司技術(shù)人員為大家概述了其中一些考量因素來幫助您選擇最適合您機(jī)器視覺系統(tǒng)的控制器。

什么是機(jī)器視覺系統(tǒng)？

.01

機(jī)器視覺系統(tǒng)主要研究用計(jì)算機(jī)來模擬人的視覺功能，通過攝像機(jī)等得到圖像，然后將它轉(zhuǎn)換成數(shù)字化圖像信號(hào)，再送入計(jì)算機(jī)，利用軟件從中獲取所需信息，做出正確的計(jì)算和判斷，通過數(shù)字圖像處理算法和識(shí)別算法，對(duì)客觀世界的三維景物和物體進(jìn)行形態(tài)和運(yùn)動(dòng)識(shí)別，根據(jù)識(shí)別結(jié)果來控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。從功能上來看，典型的機(jī)器視覺系統(tǒng)可以分為：圖像采集部分、圖像處理部分和運(yùn)動(dòng)控制部分，計(jì)算機(jī)視覺是研究試圖建立從圖像或者多維數(shù)據(jù)中獲取“所需信息”的人工智能識(shí)別系統(tǒng)。正廣泛地應(yīng)用于醫(yī)學(xué)、軍事、工業(yè)、農(nóng)業(yè)等諸多領(lǐng)域中。

處理能力

.02

強(qiáng)大的處理能力可以直接影響可運(yùn)行的算法以及視覺系統(tǒng)做出決策的速度。單相機(jī)條碼檢測(cè)系統(tǒng)所需的處理能力顯然比多相機(jī)立體視覺系統(tǒng)要低得多。此外，I/O或閉環(huán)運(yùn)動(dòng)控制等機(jī)器視覺系統(tǒng)需要更高的處理能力來確保視覺組件以及I/O和運(yùn)動(dòng)控制組件可以穩(wěn)定地運(yùn)行。為了減少圖像處理時(shí)間，一些廠商現(xiàn)在使用同構(gòu)處理來運(yùn)行視覺算法。同構(gòu)處理方法使用CPU和GPU、FPGA或DSP的組合來處理圖像，速度比單獨(dú)使用其中某個(gè)組件要快得多。同構(gòu)處理減少了圖像處理所需的時(shí)間，甚至可以允許圖像用作為閉環(huán)控制算法的輸入。在選擇視覺系統(tǒng)所需的控制器之前，充分理解要使用的算法以及系統(tǒng)運(yùn)行這些算法所需的時(shí)間是很重要的。

支持的相機(jī)

.03

圖像采集所使用的相機(jī)數(shù)量和通信總線類型也會(huì)影響控制器的選擇。在您選擇了應(yīng)用所需的相機(jī)后，請(qǐng)確保控制器能夠支持相機(jī)所使用的通信總線。機(jī)器視覺應(yīng)用中兩個(gè)常用的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)總線是USB3 Vision和GigE Vision。這些標(biāo)準(zhǔn)可允許控制器使用標(biāo)準(zhǔn)USB 3.0或以太網(wǎng)端口來連接相機(jī)，這兩種端口常見于消費(fèi)和工業(yè)計(jì)算機(jī)上。兩種標(biāo)準(zhǔn)可以通過集線器或交換機(jī)來將多臺(tái)相機(jī)連接至一個(gè)端口。這是在系統(tǒng)中添加更多相機(jī)的一種可行方法，但請(qǐng)記住，連接到集線器的每個(gè)相機(jī)都會(huì)與同一個(gè)集線器的其他相機(jī)共享帶寬。此外，大多數(shù)消費(fèi)級(jí)交換機(jī)并不支持以太網(wǎng)供電（PoE） 等特定功能。如果您打算使用這些功能，或者您的系統(tǒng)沒有足夠的帶寬來讓多個(gè)相機(jī)共享，則可能要選擇一個(gè)具有多個(gè)獨(dú)立控制端口的控制器，使得每個(gè)相機(jī)都能夠獲得完整的帶寬。

I/O功能

.04

大多數(shù)機(jī)器視覺系統(tǒng)需要一些基本的數(shù)字I/O來觸發(fā)相機(jī)或讀取編碼器。一個(gè)例子是視覺系統(tǒng)使用安裝在傳送帶上方的相機(jī)來檢測(cè)所傳送的零件。這其中的難點(diǎn)在于如何讓相機(jī)在零件移動(dòng)到相機(jī)正下方時(shí)拍攝圖像，除非系統(tǒng)可以跟蹤輸送帶的位置。這個(gè)問題的一種常見解決方法是使用編碼器來讀取傳送帶的位置并以與傳送機(jī)上放置零件的時(shí)間間隔來觸發(fā)相機(jī)。如果零件在傳送機(jī)上的間隔不均勻，則可使用接近式傳感器來觸發(fā)相機(jī)。

有些機(jī)器視覺系統(tǒng)可能需要更高級(jí)的I/O功能。在一些材料分析應(yīng)用中，通常需要將圖像與測(cè)量數(shù)據(jù)同步，以便圖像中的事件可以與測(cè)量數(shù)據(jù)相關(guān)聯(lián)。設(shè)想一個(gè)使用相機(jī)和應(yīng)變計(jì)來測(cè)量施加外力時(shí)復(fù)合材料的彎曲程度和負(fù)載的應(yīng)用。這些同步的數(shù)據(jù)可以用來了解材料在外力作用下的行為，甚至可以測(cè)量出材料的斷裂點(diǎn)。這種級(jí)別的同步需要圖像采集和I/O之間能夠緊密集成，使得測(cè)量數(shù)據(jù)可以精確地進(jìn)行時(shí)間標(biāo)記或者相機(jī)和測(cè)量設(shè)備之間能夠共享同一個(gè)時(shí)鐘。選擇控制器之前需要了解您的I/O和同步需求。對(duì)于觸發(fā)或非同步測(cè)量等基本I/O需求，可以選擇具有集成式或網(wǎng)絡(luò)分布式I/O的控制器。對(duì)于更復(fù)雜的I/O需求，可選擇具有集成式I/O或通過EtherCAT等確定性通信協(xié)議連接I/O設(shè)備的控制器。

審核編輯：郭婷