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智能相機(jī)在工業(yè)應(yīng)用中挑戰(zhàn)基于PC地位

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人氣：發(fā)表時(shí)間：2021-10-19【大中小】

在空間受限的工業(yè)過程監(jiān)控中，使用與基于PC的機(jī)器視覺系統(tǒng)連接的大量相機(jī)，并不是一種可行性方案。在這種情況下，使用包含了相機(jī)和PC功能的智能相機(jī)，能為系統(tǒng)集成商提供局部通過/失敗判定、I/O零件剔除和聯(lián)網(wǎng)的管理能力等選項(xiàng)，同時(shí)還能減少系統(tǒng)所占用的空間。

在過去的十年中，機(jī)器視覺應(yīng)用領(lǐng)域?qū)χ悄芟鄼C(jī)的需求穩(wěn)步增長。然而，正如澳大利亞國家信息通信技術(shù)研究院（NICTA）的Yu Shi在《Smart Cameras: A Review》一文中所指出的，智能相機(jī)將會(huì)越來越多地部署到醫(yī)療、娛樂和教育等領(lǐng)域。

在這些領(lǐng)域，每種應(yīng)用都需要不同類型的智能相機(jī)。雖然大批量生產(chǎn)的安全相機(jī)可能需要低成本的成像器、處理器、存儲(chǔ)器和無線接口，但是為工業(yè)機(jī)器視覺應(yīng)用開發(fā)的相機(jī)還需要額外的功能。對(duì)于那些希望為工業(yè)應(yīng)用部署智能相機(jī)的用戶而言，市場上存在一系列智能相機(jī)產(chǎn)品可供選擇，這些產(chǎn)品中包含不同類型的圖像傳感器、CPU、DSP、FPGA、I/O、軟件以及內(nèi)部和外部照明功能。

多處理器架構(gòu)在提供機(jī)器視覺應(yīng)用所需的圖像處理吞吐量方面非常有用，因?yàn)檫@種架構(gòu)可以在不同處理器之間分配視覺任務(wù)。例如，F(xiàn)PGA能最有效地執(zhí)行諸如直方圖均衡和圖像過濾等處理任務(wù)；而對(duì)于統(tǒng)計(jì)模式識(shí)別這樣的任務(wù)，則最好交給通用CPU來執(zhí)行。通過在多個(gè)處理器之間分配這些任務(wù)，可以有效地執(zhí)行圖像處理任務(wù)，從而減少延遲和處理時(shí)間。

每家智能相機(jī)供應(yīng)商都采用了自己特定的計(jì)算架構(gòu)，它們之間的差異會(huì)對(duì)系統(tǒng)性能產(chǎn)生很大的影響。瑞典中部大學(xué)的Abdul Waheed Malik在他的論文《用于實(shí)時(shí)機(jī)器視覺系統(tǒng)的三種智能相機(jī)架構(gòu)的比較》（Comparison of Three Smart CameraArchitectures for Real-Time Machine Vision System）一文中表示，基于軟件的商用智能相機(jī)可能會(huì)比其他類型的設(shè)計(jì)展現(xiàn)出更高的延遲，并消耗更多的功率，但是它們可以獲益于更輕松的軟件編程。

在這種智能相機(jī)設(shè)計(jì)中，F(xiàn)PGA可以執(zhí)行低級(jí)圖像處理功能，例如在CPU、DSP或GPU處理圖像之前的缺陷像素校正、伽馬校正或拜耳插值。通過將這些任務(wù)卸載到FPGA上，相機(jī)中的處理器可以更好地執(zhí)行更高級(jí)別的圖像處理任務(wù)。

正如智能相機(jī)的架構(gòu)非常重要一樣，智能相機(jī)的易用性或可編程性、用以按照需要的速度執(zhí)行特定的任務(wù)，對(duì)于系統(tǒng)集成商而言也非常關(guān)鍵。雖然智能相機(jī)可以使用各種不同類型的圖像傳感器、I/O和照明配置，但是供應(yīng)商通常提供用于執(zhí)行某種特定成像任務(wù)（如條形碼讀取）的智能相機(jī)產(chǎn)品。這些特定功能通常已經(jīng)定制到相機(jī)的板載FPGA和CPU上，相機(jī)已經(jīng)不能配置為執(zhí)行其他任務(wù)。

然而，許多系統(tǒng)集成商需要能夠執(zhí)行多個(gè)圖像處理操作的智能相機(jī)，例如圖像增強(qiáng)、特征位置、對(duì)象測量、存在/不存在檢測或其他機(jī)器視覺任務(wù)。在這種情況下，開發(fā)人員將面臨多種選擇。為了滿足這些需求，許多智能相機(jī)供應(yīng)商提供具有自身軟件和圖形用戶界面（GUI）開發(fā)系統(tǒng)的智能相機(jī)產(chǎn)品。雖然使用這種相機(jī)可能僅限于使用供應(yīng)商自己的軟件，但是供應(yīng)商對(duì)智能相機(jī)及其使用的視覺軟件都有深入的了解，這一點(diǎn)對(duì)系統(tǒng)開發(fā)人員也是一種支持保證。

一些供應(yīng)商（特別是那些已經(jīng)在機(jī)器視覺軟件開發(fā)方面比較成熟的廠商）已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，在設(shè)計(jì)上與他們的產(chǎn)品相似的第三方智能相機(jī)的出現(xiàn)。很多供應(yīng)商并沒有忽略這個(gè)機(jī)會(huì)，而是允許其他智能相機(jī)供應(yīng)商將他們的軟件集成到各種智能相機(jī)產(chǎn)品中。然而，雖然第三方相機(jī)供應(yīng)商也可以提供智能相機(jī)產(chǎn)品，但是他們提供的支持，相比于智能相機(jī)系統(tǒng)和機(jī)器視覺軟件供應(yīng)商可能更為有限。通過這種發(fā)展，復(fù)雜的系統(tǒng)集成商可以使用現(xiàn)成的軟件包和第三方相機(jī)，為他們的機(jī)器視覺任務(wù)開發(fā)最有效和最高效的解決方案。

條形碼讀取

今天，許多公司都專門針對(duì)條形碼讀取應(yīng)用提供智能相機(jī)（通常被稱為智能圖像傳感器），如康耐視的DataMan和MX讀碼器、Datalogic的Matrix系列、基恩士的SR系列、邁思肯的MicroHAWK讀碼器、SICK的Lector系列，以及TeledyneDALSA的BOA Spot ID產(chǎn)品。

雖然這些公司各自都使用了專門針對(duì)條形碼讀取的成像器和處理器，但是許多公司已經(jīng)意識(shí)到，必須將讀取或驗(yàn)證條形碼數(shù)據(jù)的完整性，與實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)和軟件一起部署。通過實(shí)施這樣的聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)，工廠經(jīng)理可以識(shí)別和分類任何讀取或驗(yàn)證錯(cuò)誤，并且將錯(cuò)誤原因呈現(xiàn)為可視化數(shù)據(jù)，例如錯(cuò)誤的條形碼打印機(jī)，從而增加正確讀取代碼的概率，提高生產(chǎn)線上的機(jī)器效率，減少浪費(fèi)。

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