機(jī)器視覺的人性化的一面

視覺標(biāo)準(zhǔn)正在推進(jìn)的新機(jī)器視覺技術(shù)的設(shè)計(jì)，同時(shí)還解決了人類需要簡(jiǎn)單的使用系統(tǒng)。

相機(jī)，傳感器和視頻接口技術(shù)的進(jìn)步，幫助電源的機(jī)器視覺解決方案的持續(xù)發(fā)展，制造和質(zhì)量檢驗(yàn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過任何人的能力。這些成像系統(tǒng)找到微觀的故障不能被人類的眼睛，速度將卑微的奧運(yùn)田徑明星的舉動(dòng)，和舉起的重量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了我們的肌肉和肌腱的能力。

有時(shí)被忽視的新技術(shù)的發(fā)展是人類的元素。這是特別真實(shí)的機(jī)器視覺應(yīng)用，其中一個(gè)很大的技術(shù)開發(fā)的重點(diǎn)是更換或增加人類的能力。

然而，機(jī)器視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)者和制造商不應(yīng)該忘記，它是一個(gè)人類誰作出的購(gòu)買選擇，建立和維護(hù)系統(tǒng)，并經(jīng)常監(jiān)視或分析數(shù)據(jù)，作出商業(yè)決策。本文討論了如何視覺標(biāo)準(zhǔn)都推進(jìn)了新機(jī)器視覺技術(shù)的設(shè)計(jì)，同時(shí)還解決了人類需要簡(jiǎn)單的維護(hù)和使用系統(tǒng)。

即插即用優(yōu)勢(shì)

USB已經(jīng)成為各種消費(fèi)電子和計(jì)算設(shè)備的有線數(shù)據(jù)連接的骨干力量，主要是因?yàn)槠湟子谑褂煤蛷V泛的可用性。一個(gè)例外是機(jī)器視覺，其中該標(biāo)準(zhǔn)的早期版本中未能實(shí)現(xiàn)，以支持未壓縮的原始數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)圖像分析的傳輸所需的帶寬。

這改變了使用USB3.0標(biāo)準(zhǔn)或超高速USB-其提供USB 2.0的10倍的帶寬。采取這種原始速度和建筑上GigE視覺開發(fā)的概念的優(yōu)勢(shì)，機(jī)器視覺行業(yè)在2013年2月標(biāo)準(zhǔn)化成像和視頻數(shù)據(jù)的傳輸與多USB3視覺的釋放USB 3.0電纜。

隨著USB3視覺，視頻和數(shù)據(jù)是通過攝像頭和傳感器直接傳送到現(xiàn)有的端口上的電腦，筆記本電腦或平板電腦，在靈活的USB 3電纜。USB 3總線提供持續(xù)吞吐量接近3 Gb/s，超越相機(jī)鏈接庫(kù)配置的性能和相媲美的介質(zhì)配置而不要求多個(gè)電纜或?qū)ｉT的PCIe端點(diǎn)捕捉數(shù)據(jù)幀捕獲。

帶寬已為USB3 Vision的早期采用的主要驅(qū)動(dòng)力，但系統(tǒng)制造商不應(yīng)該忽視可用性方面的優(yōu)勢(shì)，通過更靈活的布線和連接插頭和發(fā)揮了。

在采摘機(jī)器人，外部圖像采集卡將圖像從一個(gè)現(xiàn)有的Camera Link相機(jī)飼料轉(zhuǎn)化為USB3 Vision兼容的視頻。視頻，電源和控制數(shù)據(jù)傳輸在一個(gè)單一的靈活，更輕的布線，是更容易安裝比笨重的布線和連接器的傳統(tǒng)接口。這提供了可測(cè)量的時(shí)間優(yōu)勢(shì)的初始安裝和今后的維護(hù)過程中，同時(shí)降低整體系統(tǒng)的成本和復(fù)雜性。

在顯微鏡系統(tǒng)進(jìn)行檢查和分析設(shè)計(jì)人員可以降低成本，提高可用性，并減少?gòu)?fù)雜性將Camera Link相機(jī)為USB3 Vision攝像頭。這些系統(tǒng)經(jīng)常使用一個(gè)相機(jī)連接相機(jī)將顯微圖像傳送到計(jì)算機(jī)進(jìn)行分析和觀察。相機(jī)連接視頻接口需要龐大的、專業(yè)的布線和PCIe圖像采集卡在桌面計(jì)算機(jī)采集圖像，從而在更復(fù)雜的系統(tǒng)，更高的成本，和有限的元件選擇。

相比之下，一個(gè)USB3 Vision外部圖像采集卡將圖像從顯微鏡攝像頭通過USB 3電纜直接在筆記本電腦上現(xiàn)有的端口，單板計(jì)算機(jī)或平板電腦。消除連接攝像機(jī)圖像采集卡在PCIe插槽需要降低系統(tǒng)總體技術(shù)的復(fù)雜性，與容易的路線即插即用USB 3電纜允許更快的安裝和拆卸檢驗(yàn)站。

移動(dòng)成像系統(tǒng)

最終用戶越來越多地遷移到更便攜的視覺系統(tǒng)，可以在工廠車間的工作站上使用。雖然較小的，更強(qiáng)大的相機(jī)和圖像源的進(jìn)化支持這些解決方案的發(fā)展，視覺標(biāo)準(zhǔn)發(fā)揮了重要的作用，在確保成本和可用性的優(yōu)勢(shì)。

一個(gè)例子是條碼驗(yàn)證，其中的視覺標(biāo)準(zhǔn)顯著簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)使緊湊的桌面成像系統(tǒng)。條碼打印驗(yàn)證系統(tǒng)有助于降低成本，提高生產(chǎn)力，并提供詳細(xì)的質(zhì)量分析，以確保高讀取率在自動(dòng)化的質(zhì)量檢查和倉(cāng)庫(kù)過程中的錯(cuò)誤。

通過識(shí)別質(zhì)量集成在生產(chǎn)過程的早期，標(biāo)簽或標(biāo)記系統(tǒng)可以升級(jí)或更換之前不可讀的條形碼的制作。如果快速檢測(cè)和自動(dòng)抄表系統(tǒng)不能識(shí)別產(chǎn)品不是印刷錯(cuò)誤，然后條形碼可能需要手動(dòng)進(jìn)入供應(yīng)鏈系統(tǒng)或未經(jīng)核實(shí)的產(chǎn)品必須被銷毀。這導(dǎo)致中斷的制造工藝和額外的成本。

這些打印檢定系統(tǒng)依靠機(jī)器視覺硬件和軟件確保條碼滿足在自動(dòng)化程序可讀性的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，與緊湊的嵌入式視頻接口提供成本和規(guī)模效益。

在圖3所示的應(yīng)用，便攜式條碼驗(yàn)證單元采用了CMOS圖像傳感器和專門設(shè)計(jì)的照明捕捉條碼的高分辨率圖像。一個(gè)嵌入式的視頻接口將圖像轉(zhuǎn)換為一個(gè)視覺或USB3 Vision兼容圖像流。圖像，然后傳輸?shù)揭粋€(gè)現(xiàn)成的電纜直接到一個(gè)端口上的計(jì)算平臺(tái)上的條碼可讀性進(jìn)行了驗(yàn)證。以太網(wǎng)供電（PoE）或USB供電進(jìn)一步簡(jiǎn)化了布線和降低組件成本。通過消除一個(gè)PCIe圖像采集技術(shù)的復(fù)雜性，使一個(gè)電纜裝置，便攜式系統(tǒng)可以很容易地移動(dòng)到不同的工作單元在生產(chǎn)車間。

無線連接現(xiàn)在是大多數(shù)終端用戶的預(yù)期功能，機(jī)器視覺也不例外。醫(yī)療一直是第一個(gè)完全擁抱移動(dòng)成像市場(chǎng)之一，類似的技術(shù)現(xiàn)在正在使用的移動(dòng)無損檢測(cè)和檢查在工業(yè)應(yīng)用。

嵌入式視頻接口提供系統(tǒng)的制造商和集成商提供了簡(jiǎn)單的方法來整合視覺2無線視頻連接到相機(jī)，X射線板，及應(yīng)用在布線產(chǎn)生的復(fù)雜性，成本和其他成像設(shè)備，可用性挑戰(zhàn)。

嵌入式視頻界面流的未壓縮視頻的低延遲，一致在持續(xù)在IEEE 802.11n無線鏈路的吞吐量。根據(jù)不同的應(yīng)用需求，視頻也可以存儲(chǔ)在視頻接口的幀緩沖區(qū)，具有計(jì)量輸送在無線連接。視頻直接傳輸?shù)揭慌_(tái)筆記本電腦，平板電腦，或單板計(jì)算機(jī)，消除一個(gè)昂貴的圖像采集卡的臺(tái)式PC機(jī)的需要。

在一個(gè)工業(yè)X射線應(yīng)用的無線解決方案可以被嵌入在一個(gè)平板探測(cè)器（FPD），可攜帶式X射線成像系統(tǒng)之間移動(dòng)。嵌入式硬件無線傳輸實(shí)時(shí)圖像從顯示器直接顯示，計(jì)算平臺(tái)的分析和記錄。有沒有必要為一個(gè)獨(dú)立的802.11n連接成像設(shè)備的無線網(wǎng)絡(luò)，或一個(gè)PCIe幀采集每個(gè)端點(diǎn)捕捉圖像數(shù)據(jù)；顯著降低了系統(tǒng)的技術(shù)復(fù)雜性。

最終用戶的視頻

機(jī)器視覺系統(tǒng)生成高質(zhì)量的、未壓縮的圖像為實(shí)時(shí)自動(dòng)處理和分析所需的。盡管這些應(yīng)用有其他要求看例如生活質(zhì)量保證的目的傳送和記錄高帶寬視頻是不切實(shí)際的和昂貴的一條生產(chǎn)線或歸檔的監(jiān)控。相反，系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商往往被迫安裝一個(gè)第二個(gè)視頻系統(tǒng)，用于通用的查看和記錄。

壓縮代表了一個(gè)新的機(jī)會(huì)，制造商設(shè)計(jì)更經(jīng)濟(jì)，更容易使用的成像系統(tǒng)的機(jī)器視覺，現(xiàn)場(chǎng)觀看，和記錄的目的。有兩種類型的壓縮，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該考慮成像應(yīng)用。

有損壓縮，也被稱為“不可恢復(fù)的，“失去了一些信息和原始圖像的清晰度。H.264，流行的DVD和網(wǎng)絡(luò)視頻流，是有損壓縮的一個(gè)例子。它在減少數(shù)據(jù)大小做了出色的工作，以50:1或更高的壓縮比，但導(dǎo)致高延遲。圖像質(zhì)量的損失是不能被人類的眼睛，和延遲幾秒鐘沒有影響時(shí)，遠(yuǎn)程觀看或錄制的圖像流。

這種類型的壓縮是理想的視覺應(yīng)用與多個(gè)最終用戶。例如，從視覺上的相機(jī)生產(chǎn)線未壓縮的視頻可以傳輸?shù)教幚砗头治銎脚_(tái)（圖4）。相同的視頻可以被多點(diǎn)傳送到轉(zhuǎn)碼網(wǎng)關(guān)，它使用H.264壓縮和傳輸?shù)囊曨l在有線或無線連接到操作中心。在那里，運(yùn)營(yíng)商可以遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)施和關(guān)鍵事件可以記錄下來，為以后的分析。

可采或數(shù)學(xué)的無損壓縮技術(shù)，如JPEG-LS和JPEG 2000一定的模式，具有較低的壓縮比，但所有的原始信息保存。此外，延遲是要低得多，這種“光壓縮”。

這使得可恢復(fù)壓縮適用于低延遲是必要的系統(tǒng)，但數(shù)據(jù)速率需要高于什么可以支持由現(xiàn)有的布線。例如，1080P的視頻可以通過千兆以太網(wǎng)電纜，或相機(jī)連接完整的視頻可以通過USB 3電纜傳輸。因此，設(shè)計(jì)者可以增加系統(tǒng)的功能，通過提供更高分辨率的圖像，在不太昂貴的，更容易使用的布線。

機(jī)器視覺的人類利益

雖然技術(shù)的發(fā)展往往側(cè)重于“更聰明，更小，更快，”背后的每一個(gè)高速制造機(jī)器人和便攜式成像應(yīng)用是一個(gè)人類誰在購(gòu)買前評(píng)估成本效益，安裝和維護(hù)系統(tǒng)，并最終分析數(shù)據(jù)作出商業(yè)決策。設(shè)計(jì)這些系統(tǒng)圍繞基于標(biāo)準(zhǔn)的視頻接口，確保這些解決方案是具有成本效益和更容易使用。