工業(yè)相機(jī)的定義及其穩(wěn)定性分析

如今，人工智能被稱為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎，而做為人工智能核心技術(shù)之一的視覺技術(shù)也的確火了，火到凡是和工業(yè)自動(dòng)化相關(guān)的企業(yè)如果不搞點(diǎn)視覺技術(shù)或者產(chǎn)品都“不好意思跟人家打招呼”。

但伴隨著市場(chǎng)火爆，與此形成鮮明對(duì)比的卻是總體上國(guó)內(nèi)工業(yè)相機(jī)價(jià)格的慘烈競(jìng)爭(zhēng)、機(jī)器視覺行業(yè)從業(yè)人員的艱辛、尤其是技術(shù)主導(dǎo)型視覺公司，其工程師不是在客戶處調(diào)試，就是在去客戶調(diào)試的路上，如此付出與回報(bào)真的成比例嗎？如此，從事機(jī)器視覺行業(yè)，那還真的是“我猜到了開頭，卻沒有猜到這樣的結(jié)局”。當(dāng)然，現(xiàn)在說結(jié)局還太早，正火著呢！

火歸火，但馬克思老早就教育我們“要透過現(xiàn)象看本質(zhì)”。這么火的市場(chǎng)，我們必須要思考為什么工業(yè)相機(jī)的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)如此慘烈？隨便一個(gè)500萬(wàn)的CCD相機(jī)價(jià)格較5年前下跌了50%都不止，慘?。∪绻f工業(yè)相機(jī)對(duì)于高端制造業(yè)來(lái)說真的有價(jià)值，那除了慘烈的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)究竟還有效用幾何？

要理清楚這個(gè)問題，首先我們必須要明確兩個(gè)最基本概念，第一何為機(jī)器視覺，第二何為工業(yè)相機(jī)。定義清楚，是為了少走彎路。翻了很多文獻(xiàn)，感覺AIA的定義還是比較簡(jiǎn)潔明了。首先，機(jī)器視覺的(MV)指的是“針對(duì)所有硬件和軟件相結(jié)合的工業(yè)和非工業(yè)應(yīng)用，為基于圖像采集和處理功能的設(shè)備提供操作引導(dǎo)”。而工業(yè)相機(jī)指的是“一種用于機(jī)器視覺系統(tǒng)的成像裝置，該成像系統(tǒng)包括成像傳感器芯片和各種基于電子的功能，它們將物體的視覺圖像一起轉(zhuǎn)換為電子脈沖”。對(duì)不起，翻譯水平就這樣，先將就著看吧。

仔細(xì)思考，事實(shí)上這兩個(gè)概念傳遞了非常重要的信息，機(jī)器視覺歸根結(jié)底是一種應(yīng)用主導(dǎo)型技術(shù)，即是由市場(chǎng)和應(yīng)用需求來(lái)驅(qū)動(dòng)的，機(jī)器視覺本身需要一個(gè)復(fù)雜的硬件和軟件系統(tǒng)進(jìn)行支撐，這其中就包括了客戶的具體應(yīng)用要求、軟件、工業(yè)電腦、工業(yè)相機(jī)、鏡頭和光源等。請(qǐng)參考圖一Baumer公司的示意圖。

圖一

該圖傳遞了兩個(gè)信號(hào)，第一，工業(yè)相機(jī)產(chǎn)品最核心的價(jià)值并不在于其本身價(jià)格有多低，或者說為客戶省了多少錢，而是做為關(guān)鍵的成像技術(shù)和圖像處理軟件的硬件載體，能夠?yàn)榻鉀Q客戶問題和應(yīng)用帶來(lái)多大的效用抑或價(jià)值。第二，想要做工業(yè)相機(jī)銷售或市場(chǎng)，如果只懂低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)，不去深入了解客戶需求，我們嚴(yán)重點(diǎn)可以說這是不負(fù)責(zé)任的，至少對(duì)客戶而言沒有實(shí)現(xiàn)其效用最大化。那么，工業(yè)相機(jī)的效用最直接的體現(xiàn)在什么地方？?jī)?yōu)秀的圖像品質(zhì)？卓越的信噪比？高幀率和高分辨率？其實(shí)，針對(duì)工業(yè)相機(jī)而言，這些都不是事兒，否則還真沒資格稱其為工業(yè)相機(jī)。最重要的，其實(shí)很簡(jiǎn)單，必須要穩(wěn)定！穩(wěn)定！穩(wěn)定！對(duì)不起，重要的事情說三遍。當(dāng)然，要做到這些，企業(yè)必須避免惡性競(jìng)爭(zhēng)，有能力和財(cái)力持續(xù)進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)投入。

為什么這么說？直白來(lái)講，如果一臺(tái)工業(yè)相機(jī)連續(xù)每天工作24小時(shí)，不存在掉線、丟幀等最基本問題，而且能與現(xiàn)場(chǎng)其它電氣設(shè)備完美兼容，無(wú)疑會(huì)讓機(jī)器視覺的檢測(cè)效率極大提升、工程師會(huì)節(jié)省大把的時(shí)間用于更有價(jià)值的技術(shù)開發(fā)，而不是“一直在路上”、當(dāng)機(jī)器視覺機(jī)器高效的轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的時(shí)候，“人工智能成經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎”也將不在是夢(mèng)想。

當(dāng)然，做為應(yīng)用驅(qū)動(dòng)型的產(chǎn)品，不得不承認(rèn)工業(yè)相機(jī)在某些行業(yè)的需求價(jià)格彈性是非常大的，如果對(duì)工業(yè)相機(jī)的幀率和穩(wěn)定性沒有太多的要求，圖像噪聲或多或少不影響檢測(cè)，那么這個(gè)行業(yè)必然成為一片紅海，大量的同質(zhì)替代品出現(xiàn)、用戶關(guān)心更多的是能省多少錢以及短期快速收益，最終的結(jié)局必然是價(jià)格趨同。要做這些行業(yè)，那對(duì)不起，只有能玩兒的起的去玩了。

但是，我們回到工業(yè)相機(jī)和機(jī)器視覺的定義本質(zhì)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)總有一些行業(yè)是對(duì)工業(yè)相機(jī)本身做為技術(shù)和應(yīng)用的載體多體現(xiàn)的價(jià)值認(rèn)可的，愿意為其效用，即通過消費(fèi)該類商品和服務(wù)產(chǎn)生的滿足程度，來(lái)支付更高的價(jià)格。而做為工業(yè)相機(jī)提供商，我們也必須思考如何在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最大程度的將工業(yè)相機(jī)的效用帶給客戶來(lái)獲取認(rèn)可。此處就不謙虛的以Baumer工業(yè)相機(jī)舉例吧，我們其實(shí)一直在攀登高峰(此處絕對(duì)說的是登山，Baumer的旗幟最高登上過海拔8163米的瑪納斯魯峰)。從產(chǎn)品本身來(lái)說，Baumer工業(yè)相機(jī)目前均采用了主流的CMOS傳感器，只是在產(chǎn)品特點(diǎn)和功能開發(fā)上不斷的貼近客戶，深刻理解客戶針對(duì)工業(yè)應(yīng)用的訴求。就工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而言，我們發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)主要特點(diǎn)：1. 環(huán)境復(fù)雜，很多現(xiàn)場(chǎng)要考慮在潮濕、粉塵、強(qiáng)電磁干擾等條件下工業(yè)相機(jī)如何穩(wěn)定工作。2. 工業(yè)設(shè)備針對(duì)不同應(yīng)用要求，要考慮相機(jī)供電方式、與其它設(shè)備(如PLC、PC)的兼容性、相機(jī)接口方式、與客戶端軟件的兼容性等等。3. 相機(jī)工作方式需要考慮到是檢測(cè)物體的具體狀態(tài)，尤其是要深刻理解客戶檢測(cè)要求背后的真正訴求為何，如何針對(duì)高速運(yùn)動(dòng)拍攝對(duì)相機(jī)進(jìn)行控制，如何實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定無(wú)故障拍攝等。

首先，就防護(hù)等級(jí)而言，Baumer工業(yè)相機(jī)針對(duì)客戶應(yīng)用目前專門研發(fā)了防護(hù)等級(jí)為IP67的寬溫相機(jī)，工作環(huán)境溫度可以達(dá)到-40 °C 至+ 70 °C，而且相機(jī)內(nèi)部集成溫度傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控相機(jī)溫度。此外，該系列相機(jī)特別針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境進(jìn)行測(cè)試，最高可承受100g的沖擊和10g的震動(dòng)，實(shí)乃“任你虐我千百遍我仍待你如初戀”啊。

其次，針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)供電，Baumer采用了8-30V DC的寬電壓供電方式，相機(jī)觸發(fā)采用debouncer等濾波設(shè)計(jì)，確保相機(jī)不受現(xiàn)場(chǎng)干擾可以穩(wěn)定接受觸發(fā)訊號(hào)。為了確保高精度測(cè)量數(shù)據(jù)的溫度性，Baumer所有相機(jī)傳感器都封裝在散熱支架上，良好的散熱可以確保芯片的噪聲較低，數(shù)據(jù)的時(shí)間漂移得到良好控制。

再次，針對(duì)特別苛刻的檢測(cè)要求，例如，Baumer專門基于SONY Pregius芯片發(fā)布了曝光時(shí)間最短1us的系列產(chǎn)品，確保針對(duì)高速運(yùn)動(dòng)物體拍照的清晰度和對(duì)比度。針對(duì)大數(shù)據(jù)傳輸，Baumer研發(fā)了基于萬(wàn)兆網(wǎng)(10GigE)接口的1200萬(wàn)分辨率相機(jī)，最高幀率達(dá)到335fps，相機(jī)內(nèi)部帶有2GB的存儲(chǔ)。針對(duì)火的不行不行的3D應(yīng)用，Baumer也推出了基于FPGA編程的3D相機(jī)，該相機(jī)擁有一個(gè)適用于激光三角測(cè)量的專用的預(yù)安裝程序。借此，可以在相機(jī)內(nèi)以亞像素的精確度定位激光線的焦點(diǎn)，以便僅傳輸輪廓數(shù)據(jù)，從而大幅減少需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。最高 1200 萬(wàn)像素的分辨率、在4K 的線寬和 128 線時(shí)高于 2.5 kHz 的分布率，即便在加工速度很高時(shí)該相機(jī)也能可靠地識(shí)別出最細(xì)微的偏差等等。

總之，我們所做的一切，僅僅是在努力的將工業(yè)相機(jī)在機(jī)器視覺中的效用最大程度的發(fā)揮出來(lái)，往大了說為中國(guó)的先進(jìn)制造貢獻(xiàn)微薄之力，往小了說希望Baumer工業(yè)相機(jī)給用戶帶來(lái)愉悅的使用體驗(yàn)，不再讓工程師因?yàn)橛布牟环€(wěn)定而耗費(fèi)精力和時(shí)間，這些對(duì)企業(yè)而言都是巨大的成本。由此我們相信總有那么一天，我們敬愛的視覺工程師們不會(huì)再那么辛苦，耳邊可以少點(diǎn)工控機(jī)的嗡嗡聲，也不用整天面對(duì)屏幕的幽光滿頭大汗；每當(dāng)飛鳥入林，抬頭看到的是家中的裊裊炊煙。