奧地利自動化解決方案提供商digMAR公司為德國地毯和紡織品切割機(jī)供應(yīng)商KURIS公司開發(fā)了一套3D圖像處理系統(tǒng)。這套多相機(jī)機(jī)器視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)用于掃描紡織材料，可以自動計(jì)算基于材料高度特性的最佳切割坐標(biāo)，以引導(dǎo)和控制切割設(shè)備。

KURIS公司為紡織和汽車行業(yè)提供全面的材料鋪展和切割設(shè)備，目前已經(jīng)有超過10，000臺設(shè)備在世界各地運(yùn)轉(zhuǎn)。當(dāng)KURIS公司需要一種可擴(kuò)展的定制3D解決方案時(shí)，他們選擇了digMAR公司，因?yàn)楹笳咴谲浖拖到y(tǒng)開發(fā)方面具備豐富的經(jīng)驗(yàn)，并且重點(diǎn)關(guān)注數(shù)字圖像處理。

圖1：KURIS公司的地毯切割機(jī)采用了digMAR公司開發(fā)的嵌入相機(jī)中的3D激光三角測量技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)質(zhì)量控制。

因?yàn)闄z測諸如紡織品等此類超寬幅面和快速移動的web材料，通常需要大型3D數(shù)據(jù)流的高速、高吞吐量處理，所以工程師們選用了德國智能相機(jī)制造商N(yùn)ET New ElectronicTechnology公司的GigEPRO相機(jī)。GigEPRO相機(jī)號稱采用“開放式相機(jī)概念”，其將一臺標(biāo)準(zhǔn)的GigE Vision相機(jī)與一個(gè)開放的FPGA處理引擎相合。

這種架構(gòu)允許在相機(jī)中集成的FPGA上執(zhí)行標(biāo)準(zhǔn)或定制算法，從而緩解計(jì)算密集的主機(jī)PC的任務(wù)。這樣一來，從相機(jī)傳送到主機(jī)PC處理的數(shù)據(jù)量將顯著減少，并且在這種特定應(yīng)用中，能夠在相機(jī)上實(shí)時(shí)執(zhí)行3D激光三角測量算法。

“理解了這種應(yīng)用的苛刻需求，以及KURIS要求嚴(yán)格保證光學(xué)控制系統(tǒng)的質(zhì)量，因?yàn)檫@些因素對客戶的生產(chǎn)質(zhì)量和加工速度會產(chǎn)生重大影響。在這種情況下，digMAR的工程師很快就意識到了GigEPRO相機(jī)所能提供的優(yōu)勢?！盢ET New ElectronicTechnology公司工業(yè)銷售經(jīng)理Tim Miller說道。

圖2：用戶在相機(jī)中集成的FPGA上執(zhí)行專有算法，允許相機(jī)激光系統(tǒng)在3D空間以0.1mm的精度檢測地毯。

相機(jī)和SynView SDK開發(fā)包完全兼容GigEVision、GenICam和GenTL標(biāo)準(zhǔn)。基于Xilinx公司的Spartan6 FPGA，基本的相機(jī)設(shè)計(jì)為用戶在FPGA中留下了額外的容量以及剩余的DDR存儲空間，這樣用戶可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求，為相機(jī)添加具有專有圖像處理功能的“定制模塊”，也可以開發(fā)定制產(chǎn)品。

據(jù)Miller介紹，NETNew Electronic Technology公司基于帶有定制模塊的Xilinx集成綜合環(huán)境（ISE），為嵌入到相機(jī)中的FPGA代碼生成提供工具鏈設(shè)置。這種特定的圖像處理應(yīng)用程序執(zhí)行3D激光三角測量，同時(shí)digMAR的工程師也開發(fā)了系統(tǒng)的單色、彩色和組合彩色和3D激光三角測量實(shí)現(xiàn)。

“相比于采用標(biāo)準(zhǔn)相機(jī)的傳統(tǒng)方法，嵌入到相機(jī)中的3D視覺的獨(dú)特優(yōu)勢是：獲得了實(shí)時(shí)性能和高度可擴(kuò)展性，”Miller說道，“這樣一來，我們甚至可以解決極端的web寬度問題?！毕鄼C(jī)輸出高度圖像和所謂的強(qiáng)度圖像，包括原始圖像的灰度值。

圖3：digMAR公司開發(fā)的用于實(shí)時(shí)web檢測的嵌入到相機(jī)中的3D視覺系統(tǒng)架構(gòu)，采用了NET公司集成FPGA的GigE相機(jī)。這種開放式相機(jī)概念為用戶提供了一種實(shí)施專有算法的開發(fā)平臺。

“由于NET New ElectronicTechnology公司提供的這種開放式相機(jī)平臺，使得KURIS公司能夠在熟悉的環(huán)境中，將算法編程到GigEPRO相機(jī)中嵌入的FPGA中?！盡iller解釋說，“此外，這些算法在FPGA上保持安全，因?yàn)樗鼈儗Φ谌皆L問安全。而且，未來的軟件和硬件適應(yīng)性也是可能的。在這方面值得關(guān)注的應(yīng)用有內(nèi)外輪廓、鉆孔、材料高度等指標(biāo)的精確檢測?！?/p>

該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了高達(dá)400mm/s的掃描速度。標(biāo)準(zhǔn)掃描寬度為2100mm，盡管在該應(yīng)用中客戶需要的掃描寬度為4100mm。由于web幅面寬度超過4m，該解決方案使用了16臺高分辨率GigEPRO相機(jī)，具有大約0.42mm/像素的圖像分辨率，用于掃描地毯材料的整個(gè)表面。

圖4：分析軟件顯示從3D掃描中計(jì)算出的切割坐標(biāo)。

由于需要較高的地毯切割精度，掃描相機(jī)安裝在切割機(jī)的梁上，這樣可以單獨(dú)掃描真空材料。材料可以手動加載或從卷筒連續(xù)進(jìn)料。

每臺相機(jī)與一個(gè)激光器和一個(gè)光學(xué)濾波器配對使用，用于產(chǎn)生幾幅表面輪廓圖像，然后將這幾幅圖像拼接到一起，以產(chǎn)生地毯表面的3D圖像。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，具有直觀用戶界面的分析軟件，可以輕松調(diào)整邊界尺寸、倒角、拼接尺寸和網(wǎng)格大小等參數(shù)。該軟件包括預(yù)定義的計(jì)算模式，如自由形式、四邊形和矩形、圓形和網(wǎng)格等。

圖5：開放式相機(jī)概念的工作流程。利用開放式相機(jī)，用戶可以創(chuàng)建嵌入式相機(jī)應(yīng)用解決方案。

“光學(xué)檢測需要在所有三維空間實(shí)現(xiàn)0.1mm的檢測精度，”Miller說道，“因此，我們在GigEPRO相機(jī)中執(zhí)行了digMAR公司的一種子像素精確分析算法?！?/p>