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智能相機(jī)
閱讀�10779�(shí)間:2010-09-14 14:52:21

  智能相機(jī)(Smart Camera)并不是一�(tái)�(jiǎn)單的相機(jī),而是一種高度集成化的微小型�(jī)器視覺系�(tǒng)。它將圖像的采集、處理與通信功能集成于單一相機(jī)�(nèi),從而提供了具有多功�、模塊化、高可靠�、易于實(shí)�(xiàn)��(jī)器視�解決方案。同�(shí),由于應(yīng)用了的DSP�FPGA及大容量存儲(chǔ)技�(shù),其智能化程度不斷提�,可滿足多種�(jī)器視覺的�(yīng)用需求�

功能

  智能相機(jī)一般由圖像采集單元、圖像處理單�、圖像處理軟�、網(wǎng)�(luò)通信裝置等構(gòu)�,如附圖所�,各部分的功能如下:

  (1)圖像采集單元

  在智能相�(jī)中,圖像采集單元相當(dāng)于普通意義上的CCD/CMOS相機(jī)和圖像采集卡。它將光�(xué)圖像�(zhuǎn)換為模擬/�(shù)字圖�,并輸出至圖像處理單元�

  (2)圖像處理單元

  圖像處理單元類似于圖像采�/處理�。它可對(duì)圖像采集單元的圖像數(shù)�(jù)�(jìn)行實(shí)�(shí)的存�(chǔ),并在圖像處理軟件的支持下�(jìn)行圖像處理�

  (3)圖像處理軟件

  圖像處理軟件主要在圖像處理單元硬件環(huán)境的支持�,完成圖像處理功能。如幾何邊緣的提�、Blob、灰度直方圖、OCV/OVR、簡(jiǎn)單的定位和搜索等。在智能相機(jī)中,以上算法都封裝成固定的模�,用戶可直接�(yīng)用而無需編程�

  (4)�(wǎng)�(luò)通信裝置

  �(wǎng)�(luò)通信裝置的智能相�(jī)的重要組成部分,主要完成控制信息、圖像數(shù)�(jù)的通信任務(wù)。智能相�(jī)一般均�(nèi)置以太網(wǎng)通信裝置,并支持多種�(biāo)�(zhǔn)�(wǎng)�(luò)和總線協(xié)�,從而使多臺(tái)智能相機(jī)�(gòu)成更大的�(jī)器視覺系�(tǒng)�

比較

  智能相機(jī)與基于PC的視覺系�(tǒng)在功能和技�(shù)上差別主要表�(xiàn)在以下幾�(gè)方面:

  (1) 體積比較

  智能相機(jī)與普通相�(jī)的體積相�(dāng),易于安裝在生產(chǎn)線和各種�(shè)備上,便于裝卸和移動(dòng);而基于PC的視覺系�(tǒng)一般由由光�、CCD或CMOS相機(jī)、圖像采集卡、圖像處理軟件以及PC�(jī)�(gòu)�,其�(jié)�(gòu)�(fù)�、體積相�(duì)龐大�

  (2) 硬件比較

  從硬件角度比較,智能相機(jī)集成了圖像采集單�、圖像處理單�、圖像處理軟�、網(wǎng)�(luò)通信裝置等,�(jīng)過人員�(jìn)行可靠性設(shè)�(jì),其效率及穩(wěn)定性都較高。同�(shí),由于其硬件電路均已固定,缺少了�(shè)�(jì)的靈活�;基于PC的視覺系�(tǒng)主要由相�(jī)、采�/處理卡及PC�(jī)組成。由于用戶可根據(jù)需要選擇不同類型的�(chǎn)�,因�,其�(shè)�(jì)靈活性較�。同�(shí),當(dāng)�(chǎn)品來自于不同的生�(chǎn)廠家�(shí),這種�(shè)�(jì)的靈活性可能會(huì)帶來部件之間不兼容性或可靠性下降等問題�

  (3) 軟件比較

  從某程度上來�,智能相�(jī)是一種比較通用的機(jī)器視覺產(chǎn)�,它主要解決的是工業(yè)�(lǐng)域的常規(guī)檢測(cè)和識(shí)別應(yīng)用,其軟件功能具有一定的通用�。由于智能相�(jī)已固化了成熟的機(jī)器視覺算法,用戶無需編程,就可實(shí)�(xiàn)�/無判�、表�/缺陷檢查、尺寸測(cè)�、邊緣提�、Blob、灰度直方圖、OCR/OCV、條碼閱讀等功�?;赑C的視覺系�(tǒng)的軟件一般完全或部分由用戶直接開�(fā),用戶可針對(duì)特定�(yīng)用開�(fā)適合自己的專用算�。另一方面,由于用戶的軟件研發(fā)水平及硬件支持的不同,導(dǎo)致由不同用戶開發(fā)的同一種應(yīng)用系�(tǒng)的差異較��

  智能相機(jī)的與基于PC的視覺系�(tǒng)的基本特性比較如附表所�:

智能相機(jī)的與基于PC的視覺系統(tǒng)的基本特性比較

選擇

  �(gòu)買一�(tái)視覺相機(jī),必須要問清�10�(gè)問題:

  (1) �(duì)于一�(tái)零件定位工具,什么是重要的?如何�(píng)定其性能�

  零件定位工具是在視覺相機(jī)的視�(chǎng)中找到零件的軟件工具。這是典型的視覺應(yīng)用的�,從最�(jiǎn)單的�(jī)器人抓取操作到最�(fù)雜的裝配確定任務(wù),它往往是判斷應(yīng)用成功與否的�(guān)��

  在當(dāng)今的生產(chǎn)�(huán)境中,零件定位對(duì)視覺相機(jī)提出了挑�(zhàn)。這是�?yàn)闂l件變化將�(huì)使視覺相�(jī)視場(chǎng)中零件出�(xiàn)的路線發(fā)生的變化,視覺相�(jī)將被�(xùn)�,旨在通過零件圖像的參考或模型去識(shí)別零�。這些條件變化包括:

  ·零件旋轉(zhuǎn);

  ·光學(xué)�(cè)量裝置的變化;

  ·光照條件的不一�;

  ·零件外觀的正常變化�

  (2) �(nèi)置網(wǎng)�(luò)通信裝置扮演什么樣的角�,我�(yīng)�(guān)注什么性能�

  �(wǎng)�(luò)通信提供了大量的重要性能:

  ·它使得視覺相�(jī)快速將通過/失敗�(jié)果數(shù)�(jù)傳送至PC;

  ·它使得視覺相�(jī)可與PLC、機(jī)器人、和其他自動(dòng)化裝置�(jìn)行通信;

  為了在視覺相�(jī)、PC之間建立企業(yè)�(jí)的通信連接,請(qǐng)確認(rèn)你所�(píng)估的視覺相機(jī)支持較寬范圍�(nèi)的網(wǎng)�(luò)�(xié)�,包�:SMTP、FTP、DHCP、DNS、TCP/IP客戶服務(wù)�、Telnet�

  為了連接視覺相機(jī)和諸如PLC、機(jī)器人等自�(dòng)化裝�,請(qǐng)選擇支持以下工業(yè)�(xié)議的視覺相機(jī):

  ·EtherNet/IP——這一�(xié)議使得視覺相�(jī)可通過單以太網(wǎng)電纜與PLC和其他裝置相�,而無需�(fù)雜的線路配置和昂貴的�(wǎng)�(guān)�

  ·ModBus/TCP——另一�(wǎng)�(luò)�(xié)議,允許直接通過以太�(wǎng)與其他設(shè)備連接�

  最�,當(dāng)越來越多的視覺相�(jī)�(yīng)用于生產(chǎn)過程�(shí),通過一種集中的方式�(jìn)行管理變得十分重�,�(qǐng)確認(rèn)您所�(píng)估的視覺相機(jī)是否允許您通過�(wǎng)�(luò)管理和控制視覺行��

  (3) 您的視覺相機(jī)是否易于建立�(yīng)用,并產(chǎn)生用戶圖形界�?

  視覺�(yīng)用并不常需要集線器管理接口(HMI),但操作者經(jīng)常要�(duì)視覺相機(jī)�(jìn)行調(diào)�,從而在零件變化�(shí)�(jìn)行修�,改變公差參�(shù)和判斷零件故障點(diǎn)�

  在您配置系統(tǒng)�(shí),機(jī)器視覺相�(jī)�(yīng)允許您產(chǎn)生一�(gè)用戶圖形界面。請(qǐng)確認(rèn)您所�(píng)估的視覺相機(jī)具有這一功能,而無需您利用VB或其他語(yǔ)言�(jìn)行開�(fā)�

  (4) 在讀和檢�(yàn)性能�,應(yīng)該尋找什么?

  您是否正在讀生產(chǎn)線上零件的文�?jǐn)?shù)字碼,或�(yàn)證藥瓶上的數(shù)�(jù)和大量的編碼信息。在�(píng)估讀和檢�(yàn)性能�(shí),它們是需要尋找的特性,包括:

  ·�(tǒng)�(jì)字體�(xùn)� 這一特性允許您從一系列圖像中產(chǎn)生一�(gè)模型或參考圖�。這使得視覺相�(jī)能夠更好的處理它可能遇到的印刷物�(zhì)量的正常變化,如低對(duì)比度、位置變化、退化或筆劃寬度的變�。除非您可以肯定將要打印的每一�(biāo)簽都具有高質(zhì)量,否則這一開發(fā)靜態(tài)模型的能力對(duì)于應(yīng)用系�(tǒng)的成功將是非常重要的�

  ·圖像�(yù)處理工具 它允許您通過邊緣�(duì)比度增強(qiáng)和濾除圖像中的背景噪聲優(yōu)化被�(xùn)練的模型,優(yōu)化后模型提高了視覺相�(jī)的可靠性和可重�(fù)�。關(guān)于圖像預(yù)處理的更多信息請(qǐng)參閱問題(6)�

  ·瞬間圖像回放 這使得操作者和技�(shù)人員可快速而容易地從監(jiān)視器中看到故障圖�。無論故障圖像是相機(jī)偏離了位置、還是標(biāo)簽缺失而引起的,重要的是要立即知道為什么會(huì)出故�,并在必要時(shí)采取�(bǔ)救措施�

  (5) 怎樣確定視覺相機(jī)�(cè)量工具的可重�(fù)��

  如果您的�(yīng)用是空間尺寸�(cè)�,您一定想確信�(cè)量工具不僅精�,而且具有很的可重�(fù)�。為了測(cè)定可重復(fù)性,視覺相機(jī)完全適用于測(cè)量工�。無論您是測(cè)�?jī)蓷l線間的距�,或在三�(diǎn)間產(chǎn)生一�(gè)�,優(yōu)良的工具�(shè)置使您無需�(duì)�(biāo)�(zhǔn)配置中沒有的函數(shù)�(jìn)行編程定��

  (6) 相機(jī)是否具有足夠的圖像預(yù)處理功能�

  圖像�(yù)處理工具允許用戶�(duì)原始圖像�(jìn)行操作,以突出需要的特征,消除不需要特��

  這一特性是視覺相機(jī)所有特性中的關(guān)�,應(yīng)被列入標(biāo)�(zhǔn)配置。具有預(yù)處理工具的相�(jī)為您提供如下功能:

  ·在目�(biāo)邊緣和背景間提高�(duì)比度;

  ·濾出圖像中無�(guān)的或無意義的特征;

  ·消除已被從零件表面脫落的反射;

  ·圖像中粗糙紋理的平滑處理�

  具備�(yōu)化原始圖像數(shù)�(jù)的能力后,視覺相�(jī)的精確度和耐用性得到了提高�

  (7) 如何�(píng)估工�(yè)條碼讀取工�,需要什么性能�

  �(dāng)今的視覺相機(jī)�(yīng)在退�、不�(guī)則的二維條碼,或零件與零件間的位置變化上�(yīng)具有可靠�、可重復(fù)的性能。無論零件采用什么類型的�(biāo)記方法,�(biāo)記在什么類型的介質(zhì)表面,它們都�(yīng)具有較高的性能。按照條形碼讀取特性選擇視覺相�(jī),您可能想了解以下問�:

  ·編碼�(zhì)量確�(rèn)能力 尋找能夠檢驗(yàn)編碼�(zhì)量的�(chǎn)�,以建立�(biāo)�(zhǔn)。這可提供�(guān)于標(biāo)記過程工作情況的有價(jià)值的信息�

  ·讀取速率 依照生產(chǎn)線速度和生�(chǎn)需�,您可能需要檢�(yàn)一�(gè)視覺相機(jī)的讀取速率。當(dāng)今最快的視覺相機(jī)每秒大約可讀50�(gè)編碼�

  ·圖像�(yù)處理工具 它允許您通過編碼的邊緣對(duì)比度增強(qiáng)和濾除圖像中的背景噪聲來�(yōu)化已被訓(xùn)練的模型。優(yōu)化后的模型使視覺相機(jī)的可靠性和可重�(fù)性化。關(guān)于圖像的�(yù)處理�(qǐng)參閱問題(6)�

  ·圖像�(yù)處理工具 它允許您通過邊緣�(duì)比度增強(qiáng)和濾除圖像中的背景噪聲優(yōu)化被�(xùn)練的模型,優(yōu)化后模型提高了視覺相�(jī)的可靠性和可重�(fù)�。關(guān)于圖像預(yù)處理的更多信息請(qǐng)參閱問題(6)�

  ·瞬間圖像回放 這使得操作者和技�(shù)人員可快速而容易地從監(jiān)視器中看到故障圖�。無論故障圖像是相機(jī)偏離了位�、還是標(biāo)簽缺失而引起的,重要的是要立即知道為什么會(huì)出故�,并在必要時(shí)采取�(bǔ)救措��

  (8) 視覺相機(jī)需要PC��

  在配置和生產(chǎn)�,標(biāo)�(zhǔn)的視覺相�(jī)無需PC。視覺相�(jī)�(yīng)提供真正的即插即用特性,使您可以快速配置應(yīng)用系�(tǒng)。重要的�, 視覺相機(jī)無需您在廠內(nèi)�(shè)置計(jì)算機(jī)。最�,一�(gè)�(dú)立的視覺相機(jī)使您無需PC就可從監(jiān)視器中看到活�(dòng)圖像�

  (9) �(guān)于視覺相�(jī)的附件,您應(yīng)該了解什��

  為了確保您的系統(tǒng)集成過程快速而有�,請(qǐng)選擇與視覺相�(jī)同系列的兼容附件。銷售商�(huì)�(duì)每一附件�(jìn)行測(cè)試,以確�(rèn)每一部件可以同時(shí)�(jìn)行運(yùn)�,而不�(huì)出現(xiàn)故障。以下為附件列表:

  ·照明附件 �(jī)器視覺銷售商�(yīng)提供多種不同的照明選�,因?yàn)闄C(jī)器視覺系�(tǒng)將會(huì)面臨許多不同的零件表面特性類型和�(huán)境照明條件。一�(gè)全面的照明模塊系列應(yīng)包括�(huán)形光源模�,它提供柔和的光�,即使從各�(gè)方向照射;背光模塊,提供零件與背景間的�(duì)比度;暗場(chǎng)光源,提供低角度照明,用于不�(guī)則零件表面的成像�

  ·通信附件 確保提供了通信外圍�(shè)備,如I/O模塊、網(wǎng)�(guān)模塊,它使得視覺相機(jī)和快速而容易地與PLC、機(jī)器人、其他自�(dòng)化裝置及�(wǎng)�(luò)相��

  ·�(jiān)視器 一些銷售商提供與相�(jī)兼容的顯示器。當(dāng)選擇顯示器時(shí),選用具用抗暈效果防�(hù)的LCD顯示器�

  ·相機(jī)外殼 工業(yè)相機(jī)外殼用于防塵、防高溫、防雨。同�(shí),它�(yīng)容易安裝, 并適用多種尺寸和類型的相�(jī)鏡頭�

  (10) 提供什么類型的技�(shù)支持�

  �(dāng)�(píng)估一�(tái)視覺相機(jī)�(shí),很重要的一�(diǎn)是選擇一家可提供較寬范圍�(nèi)的產(chǎn)品支持和培訓(xùn)�(bào)�(wù)的銷售商。這些服務(wù)�(yīng)開始于最初的�(yīng)用評(píng)�,幾�(gè)重要的問題是:

  ·銷售代表是否是一�(gè)全時(shí)的機(jī)器視覺專��

  ·�(yīng)用評(píng)估的程序如何?評(píng)估人是誰�

  ·銷售商是否花�(fèi)必要的工程資源使您的�(yīng)用合�,或由您自己支出�

  ·一旦選�,您將得到什么樣的產(chǎn)品支持以確保安裝成功�

  ·所選擇的銷售商是否提供多種培訓(xùn)選擇,如:在線自助(“self-help�)支持、在線課程、世界范圍內(nèi)的技�(shù)支持及�(gè)性化的現(xiàn)�(chǎng)培訓(xùn)�

  ·所選擇的銷售商是否具有跟蹤記錄和財(cái)政穩(wěn)定�,以�(zhǎng)期維持其視覺解決方案供應(yīng)商的角色�

�(fā)�

  由于智能相機(jī)具有體積�、多功能、方便易用等特點(diǎn),在多種�(lǐng)域具有廣闊的�(yīng)用前景,這也正是越來越多的相�(jī)和板卡制造商都在開發(fā)Smart Camera系統(tǒng)的主要原�。在可以�(yù)見的將來,Smart Camera將呈�(xiàn)以下的發(fā)展趨�(shì):

  (1) 接口的標(biāo)�(zhǔn)�

  由于在工�(yè)控制�(lǐng)域存在著大量通信需�,因�,智能相�(jī)的接口將支持越來越多的通用�(xié)議,包括SMTP、FTP、DHCP、DNS、TCP/IP客戶服務(wù)�、Telnet��

  (2) 系統(tǒng)模塊�

  將光�,電�,控制模塊甚至一些傳感器集成到整�(gè)系統(tǒng)的軟硬件�,這樣使應(yīng)用起來更加方便,系統(tǒng)的穩(wěn)定性也更高�

  (3) �

  開發(fā)商們傾向于開發(fā)出適用于某些行業(yè)、某些特定應(yīng)用的智能相機(jī)。由于這些行業(yè)的企�(yè)較多�,市�(chǎng)容量也比較大。另外某些工序的檢測(cè)�(nèi)容比較固�,可以通過較少的硬件和軟件算法來構(gòu)成系�(tǒng),這樣既可以達(dá)到很高的效率又可以使成本降低�

  (4) 大面陣和高速化

  在許多工�(yè)檢測(cè)�(yīng)用中,要求相�(jī)具有較高的分辨率和幀速,以滿足對(duì)微小尺寸物體及運(yùn)�(dòng)目標(biāo)的檢�(cè)要求。因�,大面陣和高速化也將成為智能相機(jī)的發(fā)展發(fā)向之一。半�(dǎo)體技�(shù)及CCD技�(shù)的飛速發(fā)�,為�(shí)�(xiàn)智能相機(jī)的大面陣和高速化提供了技�(shù)基礎(chǔ)�

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