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)。 本文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。
 

視覺(jué)系統(tǒng)由一個(gè)或多個(gè)用于圖像采集的相機(jī)以及一個(gè)用于運(yùn)行采集和分析軟件的控制器組成。 這些系統(tǒng)可以有多種組成結(jié)構(gòu)，但最常見(jiàn)的是智能相機(jī)，在智能相機(jī)中，相機(jī)和控制器集成到一個(gè)裝置中，相機(jī)通過(guò)幀接收器或以太網(wǎng)、USB等其他連接端口連接到臺(tái)式計(jì)算機(jī)或工業(yè)PC，甚至相機(jī)可直接連接到可編程邏輯控制器(PLC)等工業(yè)控制設(shè)備，由控制器管理圖像采集以及片I/O和測(cè)量設(shè)備。

您可以使用這些系統(tǒng)來(lái)解決類似的應(yīng)用，但每個(gè)系統(tǒng)的功能各不相同，使之更適合于某些使用場(chǎng)景。 選擇最適合您應(yīng)用的控制器時(shí)，需要考慮您的需求并將這些需求匹配到最適合任務(wù)需求的控制器。 雖然最明顯的考量因素是控制器的處理能力，但其他因素也對(duì)控制器的選擇影響甚大，比如所支持的相機(jī)、I/O功能和與現(xiàn)有基礎(chǔ)設(shè)施集成的能力。

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。

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)確保控制器能夠支持相機(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 Visio。 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。

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。