高速機器視覺

它從應用程序的設計開始

不僅是現(xiàn)代制造越來越多的生產(chǎn)速度，但機器視覺被應用到越來越苛刻的應用程序，是不可行的，在今天的高速組件成為可用。

我們應該開始一個探索什么是所謂的“高速”的時候，用來描述機器視覺。有沒有客觀的標準，區(qū)分一個高速視覺系統(tǒng)。

速度測量可以為持續(xù)的速度，視覺系統(tǒng)可以獲取圖像（例如，每秒100幅圖像）或時間觸發(fā)信號，輸出是有效的（例如，10毫秒之間。）。由于圖像采集和圖像處理可以重疊，它是可能的，有一個顯著的差異，這兩個測量之間的時間。

此外，如果一個視覺系統(tǒng)被用于在一個生產(chǎn)線被認為是高速，視覺系統(tǒng)繼承的指定為高速。 

當然，如果視覺系統(tǒng)執(zhí)行它的功能的速度比任何其他視覺系統(tǒng)，然后通過比較，它是一個高速視覺系統(tǒng)。

在最簡單的術語，高速機器視覺需要一個短曝光時間的相機，相機和圖像處理器之間的快速數(shù)據(jù)傳輸，足夠的，往往是非常高的，處理能力，和最簡單的可能的圖像處理程序。

高速機器視覺從應用的設計開始。設計目標是使應用程序編程的最小的復雜。部分介紹是簡化的一大組成部分。圖像中的零件數(shù)量越少，圖像處理的速度就越快。同樣，部分姿勢的變化越小，平移和旋轉的不確定性，更有效的圖像處理將是。

為了實現(xiàn)高速性能，照明的設計可以是至關重要的。一個足夠的照明水平，可以確保相機的曝光可以是短的實際。一個高層次的照明也有助于減輕環(huán)境照明的影響，在機器視覺中，是一個噪聲源。減少環(huán)境光的貢獻可以忽略不計的水平是必不可少的，至少是最復雜和最快 的圖像處理。

照明方向是至關重要的，以確保高對比度之間需要成像的功能和他們的背景。低對比度，使視覺過程中更容易受到零件的變化和他們的姿勢，以及噪聲，往往需要額外的圖像處理。仔細設計的照明方向，降低了圖像的變化，由于陰影或紋理，可以復雜的圖像處理。

最后，確保光照均勻性消除了圖像處理軟件中的光照變化的補償?shù)谋匾浴?/span>

在選擇相機時，有幾個因素要考慮：圖像分辨率，傳感器設計，感興趣區(qū)域（感興趣區(qū)域），曝光時間，和接口。

在機器視覺應用程序中的一個常見的錯誤是選擇一個具有更高的圖像分辨率（行和列的像素）比所需的應用程序。此多余的圖像分辨率產(chǎn)生一個更高的圖像數(shù)據(jù)量比需要和地方不必要的時間負擔，從相機到處理器的圖像傳輸，以及圖像處理時間。當可用的圖像分辨率大于所需的時，使用一個在相機中的投資回報率，以減少傳輸和處理的圖像數(shù)據(jù)。

用CCD攝像機實現(xiàn)ROI，使用局部掃描，從獲取的圖像像素排除不需要的行。一個CMOS攝像頭，排除了行和列的像素是不必要實現(xiàn)ROI。

一般來說，CMOS圖像傳感器比CCD圖像傳感器的高速度勢。從歷史上看，CCD傳感器已更加敏感和有比CMOS傳感器低噪音。

一些更常見的圖像傳感器，CCD，像素陣列分為兩個，四個，或更多的部分，其單獨的輸出稱為龍頭的各部分。因此，圖像傳感器促進了一個相機，一二，四，或更大的增加在一個單一的抽頭圖像傳感器的圖像數(shù)據(jù)傳輸速度。

短曝光時間有助于提高視覺系統(tǒng)的速度。然而，一個短的曝光時間要求一些組合的更高的相機的靈敏度，更高的照明水平上的相機的視野，或更廣泛的鏡頭光圈，影響其他屬性，如深度的領域和解決權力。

今天的機器視覺相機技術有一個豐富的選擇高速數(shù)字相機接口標準，可以滿足幾乎任何需要。更常見的接口標準，GigE Vision和USB3，給100和330像素/秒分別為8位的像素的圖像數(shù)據(jù)傳輸率。而這些接口是最通用的機器視覺好，不需要圖像采集卡，更高的速度，一般需要Camera Link，Camera Link HS，或CoaXPress。這些接口能夠達到640；2100；或3600像素/秒分別為8位的像素。這三個接口需要安裝在圖像處理的計算機圖像采集卡。每個接口有其他屬性，如電纜長度為100米，從USB3 GigE和CoaXPress五米范圍。

在過去，接口板使用的總線。由于總線是在多個設備之間共享的，所以需要等待總線的攝像頭接口來接收總線的控制。這增加了額外的延遲，減緩了過程。現(xiàn)代圖像采集卡使用的PCIe（PCI Express）連接，提供板直接訪問內存總是有效的。用于高速工作的任何相機接口應該使用PCIE接口。

圖像處理硬件的選擇范圍從PC或嵌入式計算機到一個專門的處理器增強到一個專門的高速處理器陣列的PC。它是可能的，在一般情況下，審查這些選項，但選項的范圍是相當大的。接收圖像數(shù)據(jù)的速率和達到一個輸出所需的圖像處理量的速率決定了最佳的結構。

 

硬件和軟件

圖像處理有兩個方面：硬件和軟件。讓我們先看看硬件。

最簡單的硬件配置是一個PC或嵌入式處理器。隨著在過去的十年中的處理能力的進步，這些處理器可以處理多達100個圖像，第二，如果圖像分辨率低，處理要求很簡單。隨著圖像數(shù)據(jù)的增長或處理變得更加復雜，或如果處理器必須在其他任務之間共享，它就變得有必要添加額外的處理能力。最常見的方法是增加一個處理單元如GPU（圖形處理單元）、FPGA（現(xiàn)場可編程門陣列）、DSP（數(shù)字信號處理器），或二嵌入式通用處理器。這些處理設備可以在插件板添加或他們常?？砂惭b在圖像采集卡。

對于要求非常高的速度的應用程序，使用一個數(shù)組的處理器。這些可以是獨立的處理器，也可以是在主板上的處理器，即插在PC上。有不同的方式來配置處理器。一種方式是循環(huán)的方法，每一個輸入的圖像是針對一個空閑的處理器執(zhí)行所有處理的圖像。另一種方法是分段并行處理，其中每個處理器處理傳入的圖像的一部分。分段的方法是非常困難的實現(xiàn)。三分之一種方法是使用一個串行管道中的處理器，每個處理器在將其結果發(fā)送到管道中的下一個處理器之前處理整個圖像上的一部分處理。

最后，應用需要圖像處理軟件。雖然從零開始編寫的圖像處理軟件提供了潛在的優(yōu)化性能的速度，它需要顯著更多的專業(yè)知識和工作比使用商業(yè)圖像處理庫。從零開始的寫作軟件是最好的那些應用程序是基于獨特的研發(fā)性能的應用。

在選擇軟件庫時，請檢查它支持所選擇的處理架構和處理器。確保使用處理器的向量處理能力的高度并行的計算能力（例如，上證所為英特爾處理器），它支持任何專門的處理器（如GPU）預期。最后，運行候選軟件庫的基準，以確保您選擇的一個最適合滿足您的功能和速度的需求。

總結，這里是高速機器視覺設計的關鍵步驟：

簡化零件介紹

提供高水平的照明

設計照明方向，給予高對比度，降低噪聲

確保照明均勻性

只使用需要的圖像分辨率，如果必要的話，在相機中應用一個投資回報率

選擇相機接口，支持所需的圖像數(shù)據(jù)傳輸能力

相機接口應該在處理器使用PCIe連接

補充主處理器和GPU，F(xiàn)PGA，或DSP來提高處理速度

對于要求非常高的應用程序，計劃使用一個處理器陣列

使用軟件庫，而不是代碼從頭開始，除非圖像處理是基于獨特的研發(fā)

在進行選擇之前幾個軟件包運行基準