智能相機

智能相機的寫法

智能相機介紹

智能相機(SmartCamera)并不是一臺簡單的相機，而是一種高度集成化的微小型機器視覺系統。它將圖像的采集、處理與通信功能集成于單一相機內，從而提供了具有多功能、模塊化、高可靠性、易于實現的機器視覺解決方案。同時，由于應用了的DSP、FPGA及大容量存儲技術，其智能化程度不斷提高，可滿足多種機器視覺的應用需求。

功能

智能相機一般由圖像采集單元、圖像處理單元、圖像處理軟件、網絡通信裝置等構成，如附圖所示，各部分的功能如下：

(1)圖像采集單元

在智能相機中，圖像采集單元相當于普通意義上的CCD/CMOS相機和圖像采集卡。它將光學圖像轉換為模擬/數字圖像，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集/處理卡。它可對圖像采集單元的圖像數據進行實時的存儲，并在圖像處理軟件的支持下進行圖像處理。

(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境的支持下，完成圖像處理功能。如幾何邊緣的提取、Blob、灰度直方圖、OCV/OVR、簡單的定位和搜索等。在智能相機中，以上算法都封裝成固定的模塊，用戶可直接應用而無需編程。

(4)網絡通信裝置

網絡通信裝置的智能相機的重要組成部分，主要完成控制信息、圖像數據的通信任務。智能相機一般均內置以太網通信裝置，并支持多種標準網絡和總線協議，從而使多臺智能相機構成更大的機器視覺系統。

比較

智能相機與基于PC的視覺系統在功能和技術上差別主要表現在以下幾個方面:

(1)體積比較

智能相機與普通相機的體積相當，易于安裝在生產線和各種設備上，便于裝卸和移動;而基于PC的視覺系統一般由由光源、CCD或CMOS相機、圖像采集卡、圖像處理軟件以及PC機構成，其結構復雜、體積相對龐大。

(2)硬件比較

從硬件角度比較，智能相機集成了圖像采集單元、圖像處理單元、圖像處理軟件、網絡通信裝置等，經過人員進行可靠性設計，其效率及穩定性都較高。同時，由于其硬件電路均已固定，缺少了設計的靈活性;基于PC的視覺系統主要由相機、采集/處理卡及PC機組成。由于用戶可根據需要選擇不同類型的產品，因此，其設計靈活性較大。同時，當產品來自于不同的生產廠家時，這種設計的靈活性可能會帶來部件之間不兼容性或可靠性下降等問題。

(3)軟件比較

從某程度上來說，智能相機是一種比較通用的機器視覺產品，它主要解決的是工業領域的常規檢測和識別應用，其軟件功能具有一定的通用性。由于智能相機已固化了成熟的機器視覺算法，用戶無需編程，就可實現有/無判斷、表面/缺陷檢查、尺寸測量、邊緣提取、Blob、灰度直方圖、OCR/OCV、條碼閱讀等功能?；赑C的視覺系統的軟件一般完全或部分由用戶直接開發，用戶可針對特定應用開發適合自己的專用算法。另一方面，由于用戶的軟件研發水平及硬件支持的不同，導致由不同用戶開發的同一種應用系統的差異較大。

智能相機的與基于PC的視覺系統的基本特性比較如附表所示:

選擇

購買一臺視覺相機，必須要問清楚10個問題:

(1)對于一臺零件定位工具，什么是重要的？如何評定其性能？

零件定位工具是在視覺相機的視場中找到零件的軟件工具。這是典型的視覺應用的步，從最簡單的機器人抓取操作到最復雜的裝配確定任務，它往往是判斷應用成功與否的關鍵。

在當今的生產環境中，零件定位對視覺相機提出了挑戰。這是因為條件變化將會使視覺相機視場中零件出現的路線發生的變化，視覺相機將被訓練，旨在通過零件圖像的參考或模型去識別零件。這些條件變化包括:

·零件旋轉;

·光學測量裝置的變化;

·光照條件的不一致;

·零件外觀的正常變化。

(2)內置網絡通信裝置扮演什么樣的角色，我應關注什么性能？

網絡通信提供了大量的重要性能:

·它使得視覺相機快速將通過/失敗結果數據傳送至PC;

·它使得視覺相機可與PLC、機器人、和其他自動化裝置進行通信;

為了在視覺相機、PC之間建立企業級的通信連接，請確認你所評估的視覺相機支持較寬范圍內的網絡協議，包括:SMTP、FTP、DHCP、DNS、TCP/IP客戶服務器、Telnet。

為了連接視覺相機和諸如PLC、機器人等自動化裝置，請選擇支持以下工業協議的視覺相機:

·EtherNet/IP——這一協議使得視覺相機可通過單以太網電纜與PLC和其他裝置相連，而無需復雜的線路配置和昂貴的網關。

·ModBus/TCP——另一網絡協議，允許直接通過以太網與其他設備連接。

最終，當越來越多的視覺相機應用于生產過程時，通過一種集中的方式進行管理變得十分重要,請確認您所評估的視覺相機是否允許您通過網絡管理和控制視覺行為。

(3)您的視覺相機是否易于建立應用，并產生用戶圖形界面?

視覺應用并不常需要集線器管理接口(HMI)，但操作者經常要對視覺相機進行調整，從而在零件變化時進行修改，改變公差參數和判斷零件故障點。

在您配置系統時，機器視覺相機應允許您產生一個用戶圖形界面。請確認您所評估的視覺相機具有這一功能，而無需您利用VB或其他語言進行開發。

(4)在讀和檢驗性能中，應該尋找什么？

您是否正在讀生產線上零件的文字數字碼，或驗證藥瓶上的數據和大量的編碼信息。在評估讀和檢驗性能時，它們是需要尋找的特性，包括:

·統計字體訓練這一特性允許您從一系列圖像中產生一個模型或參考圖像。這使得視覺相機能夠更好的處理它可能遇到的印刷物質量的正常變化，如低對比度、位置變化、退化或筆劃寬度的變化。除非您可以肯定將要打印的每一標簽都具有高質量，否則這一開發靜態模型的能力對于應用系統的成功將是非常重要的。

·圖像預處理工具它允許您通過邊緣對比度增強和濾除圖像中的背景噪聲優化被訓練的模型，優化后模型提高了視覺相機的可靠性和可重復性。關于圖像預處理的更多信息請參閱問題(6)。

·瞬間圖像回放這使得操作者和技術人員可快速而容易地從監視器中看到故障圖像。無論故障圖像是相機偏離了位置、還是標簽缺失而引起的，重要的是要立即知道為什么會出故障，并在必要時采取補救措施。

(5)怎樣確定視覺相機測量工具的可重復性？

如果您的應用是空間尺寸測量，您一定想確信測量工具不僅精確，而且具有很的可重復性。為了測定可重復性，視覺相機完全適用于測量工具。無論您是測量兩條線間的距離，或在三點間產生一個圓，優良的工具設置使您無需對標準配置中沒有的函數進行編程定義。

(6)相機是否具有足夠的圖像預處理功能？

圖像預處理工具允許用戶對原始圖像進行操作，以突出需要的特征，消除不需要特征。

這一特性是視覺相機所有特性中的關鍵，應被列入標準配置。具有預處理工具的相機為您提供如下功能:

·在目標邊緣和背景間提高對比度;

·濾出圖像中無關的或無意義的特征;

·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。

具備優化原始圖像數據的能力后，視覺相機的精確度和耐用性得到了提高。

(7)如何評估工業條碼讀取工具，需要什么性能？

當今的視覺相機應在退化、不規則的二維條碼，或零件與零件間的位置變化上應具有可靠的、可重復的性能。無論零件采用什么類型的標記方法，標記在什么類型的介質表面，它們都應具有較高的性能。按照條形碼讀取特性選擇視覺相機，您可能想了解以下問題:

·編碼質量確認能力尋找能夠檢驗編碼質量的產品，以建立標準。這可提供關于標記過程工作情況的有價值的信息。

·讀取速率依照生產線速度和生產需求，您可能需要檢驗一個視覺相機的讀取速率。當今最快的視覺相機每秒大約可讀50個編碼。

·圖像預處理工具它允許您通過編碼的邊緣對比度增強和濾除圖像中的背景噪聲來優化已被訓練的模型。優化后的模型使視覺相機的可靠性和可重復性化。關于圖像的預處理請參閱問題(6)。

·圖像預處理工具它允許您通過邊緣對比度增強和濾除圖像中的背景噪聲優化被訓練的模型，優化后模型提高了視覺相機的可靠性和可重復性。關于圖像預處理的更多信息請參閱問題(6)。

·瞬間圖像回放這使得操作者和技術人員可快速而容易地從監視器中看到故障圖像。無論故障圖像是相機偏離了位置、還是標簽缺失而引起的，重要的是要立即知道為什么會出故障，并在必要時采取補救措施。

(8)視覺相機需要PC嗎？

在配置和生產中，標準的視覺相機無需PC。視覺相機應提供真正的即插即用特性，使您可以快速配置應用系統。重要的是,視覺相機無需您在廠內設置計算機。最終，一個獨立的視覺相機使您無需PC就可從監視器中看到活動圖像。

(9)關于視覺相機的附件，您應該了解什么？

為了確保您的系統集成過程快速而有效，請選擇與視覺相機同系列的兼容附件。銷售商會對每一附件進行測試，以確認每一部件可以同時進行運行，而不會出現故障。以下為附件列表:

·照明附件機器視覺銷售商應提供多種不同的照明選擇，因為機器視覺系統將會面臨許多不同的零件表面特性類型和環境照明條件。一個全面的照明模塊系列應包括環形光源模塊，它提供柔和的光線，即使從各個方向照射;背光模塊，提供零件與背景間的對比度;暗場光源，提供低角度照明，用于不規則零件表面的成像。

·通信附件確保提供了通信外圍設備，如I/O模塊、網關模塊，它使得視覺相機和快速而容易地與PLC、機器人、其他自動化裝置及網絡相連。

·監視器一些銷售商提供與相機兼容的顯示器。當選擇顯示器時，選用具用抗暈效果防護的LCD顯示器。

·相機外殼工業相機外殼用于防塵、防高溫、防雨。同時，它應容易安裝,并適用多種尺寸和類型的相機鏡頭。

(10)提供什么類型的技術支持？

當評估一臺視覺相機時，很重要的一點是選擇一家可提供較寬范圍內的產品支持和培訓報務的銷售商。這些服務應開始于最初的應用評估，幾個重要的問題是:

·銷售代表是否是一個全時的機器視覺專家？

·應用評估的程序如何？評估人是誰？

·銷售商是否花費必要的工程資源使您的應用合格，或由您自己支出？

·一旦選擇，您將得到什么樣的產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選擇，如:在線自助(“self-help”)支持、在線課程、世界范圍內的技術支持及個性化的現場培訓。

·所選擇的銷售商是否具有跟蹤記錄和財政穩定性，以長期維持其視覺解決方案供應商的角色。

發展

由于智能相機具有體積小、多功能、方便易用等特點，在多種領域具有廣闊的應用前景，這也正是越來越多的相機和板卡制造商都在開發SmartCamera系統的主要原因。在可以預見的將來，SmartCamera將呈現以下的發展趨勢:

(1)接口的標準化

由于在工業控制領域存在著大量通信需求，因此，智能相機的接口將支持越來越多的通用協議，包括SMTP、FTP、DHCP、DNS、TCP/IP客戶服務器、Telnet等。

(2)系統模塊化

將光源，電源，控制模塊甚至一些傳感器集成到整個系統的軟硬件中，這樣使應用起來更加方便，系統的穩定性也更高。

(3)化

開發商們傾向于開發出適用于某些行業、某些特定應用的智能相機。由于這些行業的企業較多比，市場容量也比較大。另外某些工序的檢測內容比較固定，可以通過較少的硬件和軟件算法來構成系統，這樣既可以達到很高的效率又可以使成本降低。

(4)大面陣和高速化

在許多工業檢測應用中，要求相機具有較高的分辨率和幀速，以滿足對微小尺寸物體及運動目標的檢測要求。因此，大面陣和高速化也將成為智能相機的發展發向之一。半導體技術及CCD技術的飛速發展，為實現智能相機的大面陣和高速化提供了技術基礎。