什么是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)及控制技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)器視覺(jué)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(lái)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(lái)幫助您選擇最適合您機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的控制器。

什么是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)？

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機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)主要研究用計(jì)算機(jī)來(lái)模擬人的視覺(jué)功能，通過(guò)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(guò)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(lái)控制現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備動(dòng)作。從功能上來(lái)看，典型的機(jī)器視覺(jué)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(jué)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

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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(jué)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(jué)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(jué)系統(tǒng)需要更高的處理能力來(lái)確保視覺(jué)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(lái)運(yùn)行視覺(jué)算法。同構(gòu)處理方法使用CPU和GPU、FPGA或DSP的組合來(lái)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(jué)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)

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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?？刂破髂軌蛑С窒鄼C(jī)所使用的通信總線。機(jī)器視覺(jué)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(lái)連接相機(jī)，這兩種端口常見(jiàn)于消費(fèi)和工業(yè)計(jì)算機(jī)上。兩種標(biāo)準(zhǔn)可以通過(guò)集線器或交換機(jī)來(lái)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(méi)有足夠的帶寬來(lái)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

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大多數(shù)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)需要一些基本的數(shù)字I/O來(lái)觸發(fā)相機(jī)或讀取編碼器。一個(gè)例子是視覺(jué)系統(tǒng)使用安裝在傳送帶上方的相機(jī)來(lái)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(wèn)題的一種常見(jiàn)解決方法是使用編碼器來(lái)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(lái)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(lái)觸發(fā)相機(jī)。

有些機(jī)器視覺(jué)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(lái)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(lái)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(guò)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