室內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境中的機(jī)器視覺

現(xiàn)在，工業(yè)自動(dòng)化領(lǐng)域的機(jī)器設(shè)計(jì)者需要實(shí)施某種形式的機(jī)器視覺，以確定距特定視野內(nèi)所有物體的距離。實(shí)施這種形式的機(jī)器視覺進(jìn)行測(cè)距的原因可能會(huì)有所不同，包括感測(cè)一般環(huán)境中的變化或侵入、生產(chǎn)線上的物體距離，或者操作人員或機(jī)器人對(duì)危險(xiǎn)的整體防護(hù)。尤其在工業(yè)倉(cāng)庫(kù)中，室內(nèi)車輛正在實(shí)施機(jī)器視覺，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)駕駛、物體定位與識(shí)別以及障礙物的檢測(cè)與躲避。 最常見的室內(nèi)機(jī)器視覺物體距離檢測(cè)方法是光探測(cè)和測(cè)距 (LiDAR)，在這種方法中，使用激光來(lái)測(cè)量物體之間的距離。LiDAR 測(cè)量反射激光的返回時(shí)間和波長(zhǎng)，以確定到每個(gè)點(diǎn)的距離。但是，LiDAR 機(jī)器視覺算法非常復(fù)雜且學(xué)習(xí)曲線陡峭，需要機(jī)器視覺專家編寫應(yīng)用代碼。 本文將向開發(fā)人員展示如何針對(duì)這些應(yīng)用使用 Intel 的交鑰匙型 LiDAR 相機(jī)來(lái)探測(cè)視野中與物體的距離。它解決了在不了解機(jī)器視覺技術(shù)和算法復(fù)雜性的情況下，將機(jī)器視覺快速添加到新系統(tǒng)或現(xiàn)有系統(tǒng)中的問(wèn)題。然后，它將展示如何通過(guò)高速 USB 3.1 將 Intel LiDAR 相機(jī)與 UDOO 中的單板計(jì)算機(jī) (SBC) 配對(duì)。

室內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境中的機(jī)器視覺

隨著更多設(shè)備進(jìn)入車間以及更多的操作員和用品，工業(yè)自動(dòng)化室內(nèi)環(huán)境變得越來(lái)越動(dòng)態(tài)化。所有機(jī)器、傳感器和更高水平的自動(dòng)化的目標(biāo)均是提高效率，同時(shí)確保操作員的安全。 許多情況下，添加更多的傳感器用于檢測(cè)目標(biāo)區(qū)域中的物體，包括人。生產(chǎn)線上的物體可以通過(guò)多種方式進(jìn)行檢測(cè)，包括檢測(cè)由于物體通過(guò)而引起的環(huán)境光變化的基本光傳感器、物體重力作用下的機(jī)械開關(guān)或者發(fā)生產(chǎn)品滾動(dòng)時(shí)穿過(guò)已中斷的生產(chǎn)線的一束光。雖然這些方法適用于基本的物體檢測(cè)，但隨著自動(dòng)化程度越來(lái)越高，就需要類似于人眼的更復(fù)雜的視覺檢測(cè)功能。 機(jī)器視覺大致類似于為機(jī)器添加視力，以識(shí)別不同的顏色，區(qū)分物體并分辨多種運(yùn)動(dòng)。

但是，一種常見且高度實(shí)用的機(jī)器視覺類型是檢測(cè)視野內(nèi)所有物體的距離。 有兩種常見的方法可以進(jìn)行多物體測(cè)距。第一種是雷達(dá)，但在室內(nèi)環(huán)境下，首先需要考慮的是持續(xù)暴露在高頻信號(hào)下對(duì)操作人員造成的危害。室外環(huán)境下，雷達(dá)信號(hào)會(huì)被物體反射并向四周發(fā)散，但不會(huì)造成任何危害。用于室內(nèi)時(shí)，雷達(dá)會(huì)反復(fù)反射多個(gè)物體，從而造成強(qiáng)烈的電磁干擾 (EMI)。長(zhǎng)時(shí)間暴露會(huì)對(duì)操作人員的身體健康造成長(zhǎng)期影響。 對(duì)視野內(nèi)多個(gè)物體測(cè)距的第二種常用方法是激光測(cè)距，也稱為 LiDAR。一束或多束激光束對(duì)準(zhǔn)待測(cè)距物體。將激光束反射回在其發(fā)射點(diǎn)的接收器所花費(fèi)的時(shí)間以及光束發(fā)生的任何相移與發(fā)射激光的時(shí)間和相位進(jìn)行比較。一種算法根據(jù)時(shí)間和相位差計(jì)算到物體的距離，并轉(zhuǎn)換為厘米或英寸。 單激光束檢測(cè)一個(gè)物體的時(shí)間和相位差的計(jì)算非常簡(jiǎn)單。但是，更復(fù)雜的機(jī)器視覺應(yīng)用將會(huì)出現(xiàn)計(jì)算視野中許多物體距離的情況。結(jié)合這些計(jì)算來(lái)創(chuàng)建距離的可視化圖形并非易事，而且需要大量的開發(fā)時(shí)間。

可進(jìn)行距離檢測(cè)的機(jī)器視覺

Intel RealSense 的 82638L515G1PRQ 高分辨率 L515 LiDAR 深度相機(jī)就是一種可以快速啟動(dòng)并運(yùn)行的機(jī)器視覺應(yīng)用的實(shí)用解決方案（圖 1）。相機(jī)直徑為 61 mm，深度為 26 mm，包含一個(gè) LiDAR 圖像深度單元、紅、綠、藍(lán) (RGB) 相機(jī)和一個(gè)慣性測(cè)量裝置 (IMU)。LiDAR 相機(jī)可以返回 1024 x 768 或 1920 x 1080 的圖像位圖，每個(gè)像素代表該點(diǎn)到相機(jī)的距離。

Intel L515 LiDAR 相機(jī)返回其視野中的某個(gè)區(qū)域的位圖圖像。但是，LiDAR 相機(jī)不是返回該區(qū)域的典型攝影圖像，而是返回圖像，其中每個(gè)像素的 RGB 值表示每個(gè)像素距 Intel L515 相機(jī)的距離。該相機(jī)的分辨率為 0.25 - 9 米。該相機(jī)還包含一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 2 兆像素 (MP) (RGB) 圖像相機(jī)，這在開發(fā)過(guò)程中非常有用。建議將該相機(jī)用于室內(nèi)照明，因?yàn)槠洳⒎窃O(shè)計(jì)用于在陽(yáng)光充足的地方。 圖 2 所示為 Intel L515。相機(jī)圖像的中心為前景中的植物，并分為兩部分。左側(cè)以自然色顯示植物和背景的常規(guī) RGB 相機(jī)圖像。右側(cè)是每個(gè)物體到相機(jī)距離的直觀表示。前景中的植物顯示為藍(lán)色陰影，而背景中的墻壁顯示為亮橙色。在右側(cè)，墻壁距離相機(jī)中心更遠(yuǎn)，因此圖像變成更深的紅色陰影。

使用此信息，軟件可以處理圖像數(shù)據(jù)以確定物體和相機(jī)之間的距離。 憑借其緊湊的外形和高集成度，Intel L515 LiDAR 相機(jī)適用于必須在新系統(tǒng)或現(xiàn)有系統(tǒng)中快速實(shí)施機(jī)器視覺深度檢測(cè)的室內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用。對(duì)于移動(dòng)系統(tǒng)，Intel L515 包含可感測(cè) ±4 g 加速度的 IMU 和可感應(yīng)高達(dá) ±1000?/s 旋轉(zhuǎn)的陀螺儀。這適用于工業(yè)自動(dòng)化工廠中使用的大多數(shù)室內(nèi)車輛或機(jī)器人。當(dāng)為 IMU 固件編碼時(shí)必須小心，因?yàn)樽驳秸系K物的車輛或機(jī)器人可能瞬間看到超過(guò) 4 gs 的速度，必須考慮這種異常情況。

完整系統(tǒng)中的機(jī)器視覺

Intel L515 可通過(guò)高速 USB 3.1 接口連接 PC 或單板計(jì)算機(jī) (SBC)。相機(jī)外殼上已配備 USBType-C 連接器，因此可以使用帶有 Type C 連接器的標(biāo)準(zhǔn)電纜來(lái)簡(jiǎn)化集成工作。由于機(jī)器視覺圖像處理可能會(huì)占用大量 CPU，因此建議您使用功能強(qiáng)大的電腦，以便在必要時(shí)實(shí)時(shí)處理圖像數(shù)據(jù)集。UDOO KTMX-UDOOBL-V8G.00 Bolt V8 是基于四核處理器的高性能 SBC，這種處理器運(yùn)行速度為 2.0 GHz (GHz)（提升 3.6 GHz），支持高達(dá) 32 GB 的 DRAM 。對(duì)于程序存儲(chǔ)器，可以使用 M.2 固態(tài)硬盤 (SSD)，并且還支持 SATA-3 標(biāo)準(zhǔn)硬盤驅(qū)動(dòng)器接口。

UDOO Bolt V8 提供兩個(gè) HDMI 1.4 視頻接口，用于連接顯示器。需要聯(lián)網(wǎng)，可以使用板載 RJ-45 連接器通過(guò)有線千兆位以太網(wǎng)連接工廠網(wǎng)絡(luò)。支持 Wi-Fi 和藍(lán)牙。通過(guò) 3.5 英寸標(biāo)準(zhǔn)插頭支持立體聲音頻。這款單板機(jī)可運(yùn)行任何 64 位 x86 兼容操作系統(tǒng)，包括 Microsoft Windows 和任何 64 位 Linux 發(fā)行版。這款功能強(qiáng)大的單板機(jī)需要 19 V、65 W 電源來(lái)支持其 2 GHz 的性能。 至于機(jī)器視覺數(shù)據(jù)算法，UDOO Bolt V8 已具有足夠的處理能力。該設(shè)備可通過(guò)高速 USB 3.1 Type C 接口從 Intel RealSense L515 接收數(shù)據(jù)，并在必要時(shí)在連接任一 HDMI 接口的顯示器上顯示圖像。連接到任一音頻輸出插孔的揚(yáng)聲器均可發(fā)出警示或警告音。

總結(jié)

具有深度感測(cè)功能的機(jī)器視覺是快速擴(kuò)展的領(lǐng)域，如果從頭構(gòu)建，可能需要復(fù)雜的代碼和硬件。將機(jī)器視覺系統(tǒng)與可在預(yù)先編程的固件中執(zhí)行深度計(jì)算的交鑰匙型解決方案集成在一起，可以節(jié)省時(shí)間和金錢，從而在工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境中快速可靠地使用高性能機(jī)器視覺系統(tǒng)。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：通過(guò)在工業(yè)系統(tǒng)中快速添加機(jī)器視覺來(lái)提高工廠安全性和生產(chǎn)率

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