集成式機器視覺系統

基本介紹

• 中文名：集成式機器視覺系統
• 外文名：Integrated machine vision system
• 又稱：智慧型相機
• 組成部分：圖像採集單元等
• 優勢：.體積小等

概述

集成式機器視覺系統，也稱為智慧型相機，它集圖像採集、處理與通信功能於一身，提供了具有多功能、模組化、高可靠性、易於實現的機器視覺解決方案。同時，由於套用了最新的DSP、FPGA及大容量存儲技術，其智慧型化程度不斷提高，可滿足多種機器視覺套用的需求。

集成式機器視覺系統的組成部分

1.圖像採集單元

相當於採集卡，並輸出至圖像處理單元。

2.圖像處理單元

實現圖像採集卡/處理卡的部分作用，對採集到的圖像數據進行實時的存儲，並在圖像處理軟體的支持下進行圖像處理。

3.圖像處理軟體

圖像處理軟體在圖像處理單元硬體環境支持下，完成圖像處理功能。如標定、定位、幾何測量等。

4.網路通信裝置

完成控制信息、圖像數據的通信任務。集成式機器視覺系統一般均內置乙太網通信接口，並支持多種標準網路和匯流排協定，從而使多套集成式機器視覺系統構成更大的機器視覺系統網路。

集成式機器視覺系統的優勢

集成式機器視覺系統具有易學、易用、易維護、安裝方便等特點，可在短期內構建起可靠而有效的機器視覺系統。其優勢主要表現在：

1.套用便捷

由於集成式機器視覺系統已經固化了成熟的視覺功能，同時提供便捷的社會子界面，無需編程。可以快速實現定位、幾何測量、有/無檢測、計數、字元識別、條碼識別、顏色分析等功能，可適應大多數機器視覺套用。

2.穩定性高

集成式機器視覺系統實現了圖像採集單元、圖像處理單元、圖像處理軟體、網路通信裝置的高度集成。通過可靠性設計和測試，硬體兼容比從不同製造商購買的板卡、相機、PC組成的機器視覺系統更好，可以獲更高的穩定性。

3.體積小

集成式機器視覺系統結構緊湊，尺寸小，易於安裝在工業生產線和各種設備上，且便於裝卸和移動。

4.網路功能

集成式機器視覺系統通常提供較好的網路功能，藉助網路優勢，可以實時地套用到每一個工業監測點。

5.成本低

集成式機器視覺系統集採集處理於一身，不用配置PC系統和圖像採集卡，大大降低了視覺系統的成本。同時，集成式機器視覺系統很少的組成部件導致更低的故障，降低維護成本。

集成式機器視覺系統的不足

1.處理能力

PC系統快要通過較高的配置實現高速的出處理，適應更高的檢測要求，如配置高速高解析度的相機，高速處理器等。而對於集成式機器視覺系統而言，由於集成化的設計，受到處理器、記憶體等方面的限制，不是和對大數據量進行複雜的運算。在高速和高精度要求的場合集成式機器視覺系統目前還無法和PC-BASED較量。

2.靈活性

PC-Based系統快要適應複雜的套用，可以更靈活的進行配置和控制。在算法上，可以通過各種高級語言實現複雜運算。當要提高精度時可以通過提高系統配置、增加相機數量來實現。而集成式機器視覺系統在這一點上就差一些，通常配置標準化，用戶僅能配置固定的功能。

典型的集成式機器視覺系統

集成式機器視覺系統發展已經有將近10年的歷程，多加機器視覺公司都有自己的集成式機器視覺產品。按照產品特點，智慧型相機可以分為分體式和一體式的兩種。分體式集成式機器視覺系統的圖像處理、通信、存儲功能由控制器完成，控制器提供有相機接口，可以與多台、多種工業相機相連，共同完成採集、處理機結果輸出的功能，典型產品美國Cognex的Insight5000系列等。

1.處理器

處理器各家公司採用的都相同。Congex的Insight系列集成式機器視覺系統採用TI公司的DSP為圖像處理器，部分型號另配有Motorola公司的PowerPC用作通信功能。總的來說，集成式機器視覺系統上所採用的處理器有CPU、DSP、FPGA、PowerPC等多種，其所使用的型號處理能力也都不一樣，有些集成式機器視覺系統還常常採用多個處理器協同工作。

2.採集性能

對於一體式的集成式機器視覺系統來說，採集晶片的指標是固定的，而且處於數據傳輸速度、處理能力、內部存儲等方面的考慮，一般其解析度和幀速率都會從產品定位上最佳化設計，以便能以較低的成本得到了相對更高的性能。而分體式集成式機器視覺系統的相機擴展能力可媲美PC系統。

3.接口能力

集成式機器視覺系統由於需要脫離PC單獨運行，因此一般都提供非常好的接口性能，離散IO/乙太網、USB/串口等等。一體式集成式機器視覺系統由於體積限制，通常採用通信擴展模組來提升通信能力，而分體式集成式機器視覺系統的控制器則可以將各種通信功能集成於一體，滿足不同場合的要求，有的還可以直接外掛監視器。

集成式機器視覺系統的發展趨勢

由於集成式機器視覺系統具有系統結構簡單、易於集成、功能強大、使用方便、性價比高等特點，在機器視覺的各個領域都具有廣闊的市場前景。在可以預見的將來，集成式機器視覺系統將呈現以下的發展趨勢：

1.接口的標準化

在工業控制領域存在著各種設備之間互連和通信的要求，為便於設備之間通信，接口及協定的標準化（如工業乙太網）就顯得越來越重要了，集成式機器視覺系統作為實現工廠自動化的重要組件之一，當然也不例外。

2.系統模組化

將光源、電源、控制模組甚至一些感測器與集成式機器視覺系統集成在一起，構成一個更完整意義的視覺系統，這樣使套用起來更加方便，系統的穩定性更高。

3.功能專業化與通用化

這是集成式機器視覺系統兩個不同的發展放系那個。有些開發商傾向於開發出適用於某些行業、某些特定套用的集成式機器視覺系統，而另外一些廠家則傾向於開發適用範圍更廣、功能更齊全的通用性產品。

4.產品多樣化

由於硬體技術的發展和市場需求多樣化的要求，使得集成式機器視覺系統的多樣化不僅成為可能，而且十分必要。

集成式機器視覺系統的選擇指南

市場上的集成式機器視覺系統越來越多，如何選擇一款適合套用需求的產品，是擺在很多套用工程師面前的一個難題。這個問題本身很難總結出一個千篇一律的公式，我們在此只能提出一些需要加以注意的地方供參考：

1.一定要對套用本身有深入的了解

在很大程度上是套用本身決定了我們需要選擇什麼樣的產品，對套用本身了解和總結得越仔細，越有利於我們選擇合適的產品。如我們要求的檢測精度、速度，生產線要求的漏檢率和誤檢率，需要檢測產品本身的一致性，生產環境可能帶來的影響等。

2.視覺和軟體功能是集成式機器視覺系統的核心

大部分的集成式機器視覺系統都固化有視覺和軟體功能，視覺和軟體功能是集成式機器視覺系統的核心。對視覺功能我們需要關注三個方面：

視覺和軟體功能是否齊全

一般的集成式機器視覺系統的軟體功能除視覺功能外，還應包含通信控制、人機互動界面等工具。而視覺功能是其中的主要部分，一般包括標定、定位、有/無檢測、字元識別、條碼識別、顏色分析等工具。當讓有些集成式機器視覺系統不包括上述的某些功能，但我們需要用到的功能必須包括。

視覺工具的性能是否可滿足我們的要求

同樣的視覺工具，不同的廠家可能實現的原理不一樣，從而表現出來的性能也不一樣。我們可以想一些辦法來測試比較。如對定位功能，我們可以採用以下條件的變化來加以測試對比，觀察不同產品在條件變化下哪個穩定性更強，得分值更高。

零件旋轉

光學測量裝置的變化

光照條件的不一致

零件外觀部分遮蓋

視覺和軟體工具使用是否方便

有些視覺和軟體功能參數設定簡單明了，使用氣力愛非常方便，有些產品的視覺和軟體功能參數設定複雜，有些參數甚至沒有明確的意義，使用起來比較費事。

3.產品的穩定性

產品的穩定性也是工程上需要重點關注的，這個只能通過實際的測試和多方諮詢才能知道。一般我們可以觀察視覺檢測的重複精度，是否有過載保護，長時間工作是否會掉線，接口是否可靠等。

4.是否易於集成

這一點可通過考察產品的外觀結構是否便於安裝、軟體使用是否靈活方便、接口功能是否齊全、產品說明書和幫助文檔是否詳細得知。

5.性價比

這一點可通過多方諮詢和橫向比較得知。

6.技術支持

當評估一台集成式機器視覺系統時，很重要的疑點就是選擇一家可提供較寬範圍內的產品支持和培訓服務的提供商，這在很大程度上會影響我們套用開發的周期甚至套用的成敗。