機(jī)器視覺仍然需要圖像采集卡

圖像采集卡是機(jī)器視覺系統(tǒng)的重要組成部分。圖像采集卡是不斷發(fā)展的，在機(jī)器視覺中的重要作用。

曾經(jīng)只是作為模擬視頻數(shù)字化儀和圖像緩存，圖像采集卡的功能現(xiàn)在范圍從視覺專用接口板功能的嵌入式圖像處理設(shè)備，圖像和元數(shù)據(jù)緩存，空調(diào)主機(jī)系統(tǒng)的分析。此外，圖像采集卡的設(shè)計(jì)不斷進(jìn)化，在相機(jī)技術(shù)變化保持同步，將提高系統(tǒng)性能的主機(jī)處理器。

此外，圖像采集，圖像采集卡進(jìn)行機(jī)器視覺系統(tǒng)中的三大任務(wù)。一個(gè)是圖像重建，這與原來的模擬視頻技術(shù)是數(shù)字化的模擬信號(hào)從攝像機(jī)、去隔行和重新格式化，如果需要。該圖像采集卡的二任務(wù)是簡單的圖像緩沖區(qū)直到主機(jī)CPU準(zhǔn)備接受他們。圖象采集卡的第三的任務(wù)是提供相機(jī)的實(shí)時(shí)控制等活動(dòng)的曝光控制和快門激活和應(yīng)對(duì)外部事件的確定性。

隨著數(shù)字技術(shù)開始在相機(jī)的設(shè)計(jì)取代模擬技術(shù)，對(duì)圖像采集卡的作用有所改變?，F(xiàn)代的數(shù)碼相機(jī)，圖像重建涉及到攝像機(jī)的數(shù)據(jù)從一個(gè)或多個(gè)串行通道和重新排序的像素在圖像。圖像緩沖和相機(jī)控制的需要，雖然，仍然存在，必須在一個(gè)較短的時(shí)間內(nèi)完成，以使高速攝像機(jī)操作。

圖像采集卡和相機(jī)的設(shè)計(jì)演變，共同提高它們之間的數(shù)字連接。視覺系統(tǒng)的需求，更高的持續(xù)吞吐量，更長的電纜距離，較低的熱量產(chǎn)生和較小的物理足跡比標(biāo)準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)外圍接口可以提供視覺系統(tǒng)的需求有很大的影響。第一視覺的具體數(shù)字接口成為行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)提供高速的觸發(fā)和控制信號(hào)給攝像機(jī)以及一個(gè)數(shù)據(jù)路徑，圖像采集卡。

PC外設(shè)接口，如因特網(wǎng)無處不在、FireWire和USB和多核處理器的出現(xiàn)使許多相機(jī)和視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員利用這些技術(shù)來提供更具成本效益的解決方案，從而減少了圖像采集卡的需要時(shí)，數(shù)據(jù)率不高。這樣的設(shè)計(jì)尋求降低成本，通過使用主機(jī)的緩沖和圖像處理。這些PC接口也有支持一個(gè)較長的相機(jī)和視覺系統(tǒng)之間的距離的優(yōu)勢。千兆位因特網(wǎng)，例如，支持?jǐn)?shù)據(jù)速率高達(dá)100 MB /秒/電纜距離100米，數(shù)據(jù)速率可擴(kuò)展性可以通過多個(gè)電纜的使用。GigE Vision攝像頭接口標(biāo)準(zhǔn)的出現(xiàn)給通用的因特網(wǎng)鏈路的相機(jī)控制功能，視覺系統(tǒng)所需要的類，支持各種因特網(wǎng)速度等級(jí)。

數(shù)字接口的攝像機(jī)和圖像采集卡的發(fā)展提供更高的帶寬和較長的距離，隨著新標(biāo)準(zhǔn)CameraLink HS的到來。

 

相機(jī)性能挑戰(zhàn)PC的處理

使用直接到電腦攝像頭接口，但可能會(huì)減少，但并未消除在視覺中的圖像采集卡的需要。圖像傳感器技術(shù)是不斷增加的速度和分辨率的圖像相機(jī)可以提供。沒有一個(gè)專門的圖像采集、捕獲和重新格式化的圖像數(shù)據(jù)和響應(yīng)外部事件確定的任務(wù)必然是電腦處理這些任務(wù)不需要專用的硬件沒有剩余的CPU能力、圖像處理等任務(wù)的一個(gè)相當(dāng)大的負(fù)擔(dān)。用圖像采集卡將相機(jī)接口和圖像的裝配任務(wù)，然而，多主機(jī)的容量可用于視覺處理等任務(wù)。

有越來越多的應(yīng)用程序，需要這樣的高，甚至更高，性能相機(jī)。在制造過程中的平板顯示器的檢查，例如，需要不斷增加的分辨率的相機(jī)。在手持設(shè)備如智能手機(jī)高清顯示器出現(xiàn)彩色像素過濾器現(xiàn)在要求小于1?M在檢驗(yàn)。同時(shí)，制造速度和效率的需要要求相機(jī)成像盡可能廣泛的一個(gè)領(lǐng)域盡可能迅速。其結(jié)果是非常高的數(shù)據(jù)速率。一個(gè)系統(tǒng)目前運(yùn)行的平板顯示器自動(dòng)光學(xué)檢測采用多線掃描相機(jī)和必須處理近7千兆字節(jié)/秒。

電子電路板或Web檢查應(yīng)用程序的檢查有類似的需求，無論是高速和高精度。與平板檢測一樣，視覺系統(tǒng)可以操作的速度決定了工廠可以生產(chǎn)板的速度。在主機(jī)系統(tǒng)中的處理速度通常是限制因素，所以任何視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以做的，以盡量減少對(duì)主機(jī)處理器的需求直接有助于制造吞吐量。卸載，圖像采集卡提供了可以對(duì)吞吐量的重大貢獻(xiàn)。

 

圖像采集卡視覺任務(wù)

也有圖像采集卡將從主機(jī)處理器的任務(wù)超出圖像組件的機(jī)遇和相機(jī)接口的處理。許多應(yīng)用程序有一個(gè)確定性，但耗時(shí)的操作，如顏色空間轉(zhuǎn)換，多光譜圖像提取，和生成的圖像元數(shù)據(jù)。這些任務(wù)可以被嵌入到圖像采集，預(yù)處理，提供有助于簡化和加速后續(xù)圖像分析在主機(jī)處理器。具有廣泛適用性的嵌入式圖像處理可以建立圖像采集卡的制造商，或圖像采集卡可以為用戶開發(fā)和嵌入自己的自定義圖像處理平臺(tái)。

比如食品檢驗(yàn)系統(tǒng)，可以使用圖像采集卡同時(shí)準(zhǔn)備可見彩色和單色紅外相機(jī)拍攝的圖像數(shù)據(jù)。主機(jī)系統(tǒng)，然后，可以運(yùn)行不同的檢查算法對(duì)每個(gè)圖像類型，而不必處理的原始相機(jī)數(shù)據(jù)的兩倍。通過已經(jīng)分離和組裝的圖像，主機(jī)處理器可以更有效地完成其檢查任務(wù)。

這種能力提供預(yù)處理以及圖像拼接是圖像采集功能的不斷演化的指示。幀捕獲也繼續(xù)為新相機(jī)接口的發(fā)展出現(xiàn)。這些新的接口是必要的，因?yàn)樵谝曈X系統(tǒng)相機(jī)的分辨率和幀速率的不斷增加，推動(dòng)現(xiàn)有的相機(jī)接口的帶寬限制。即使在高性能相機(jī)不是必需的，雖然，一些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求更大的距離，相機(jī)和圖像采集卡或視覺處理器比傳統(tǒng)的雙絞線布線之間。

 

新的相機(jī)接口提高性能

為了滿足這些不斷增長的要求更高的帶寬和更長的電纜長度與一個(gè)一致的接口設(shè)計(jì)，一些新的相機(jī)接口標(biāo)準(zhǔn)將出現(xiàn)。

CoaXPress是另一個(gè)例子，一個(gè)新的機(jī)器視覺標(biāo)準(zhǔn)的日本工業(yè)成像協(xié)會(huì)（jiia）需要專用圖像采集卡。的CoaXpress規(guī)格允許在一個(gè)單一的同軸電纜到100米的距離高達(dá)6.25 Gb /秒傳輸。系統(tǒng)可以并行使用多達(dá)四的電纜來實(shí)現(xiàn)更高的帶寬。一個(gè)20 Mbps的“上行”從主機(jī)到相機(jī)允許控制和配置數(shù)據(jù)，并可以提供24V電源電纜，每根電纜達(dá)13W。

友邦保險(xiǎn)的GigE視覺標(biāo)準(zhǔn)目前還支持使用一個(gè)10千兆因特網(wǎng)接口，支持1200兆字節(jié)/秒帶寬高;本身的10千兆因特網(wǎng)標(biāo)準(zhǔn)而無需使用特殊的硬件不提供實(shí)時(shí)觸發(fā)信令支持。在主流的機(jī)器視覺相機(jī)采用萬兆因特網(wǎng)，但是，進(jìn)展緩慢，在很大程度上是由于其較大的協(xié)議，更高的功率和熱的足跡。當(dāng)并且如果10千兆因特網(wǎng)接口變?yōu)樵跈C(jī)器視覺相機(jī)主體，重構(gòu)的數(shù)據(jù)包與數(shù)據(jù)跨越10千兆因特網(wǎng)鏈路來將最左一幀采集任務(wù)的量的可用的圖像。雖然標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)成的，貨架網(wǎng)卡可作為攝像頭接口，如果主機(jī)CPU使用率并不是一個(gè)主要的考慮因素，10 GigE幀接收器提供了圖像，而不僅僅是數(shù)據(jù)，進(jìn)入主機(jī)的有效方式。

有了這些新接口提高視頻數(shù)據(jù)視覺系統(tǒng)必須處理量，圖像采集卡也將演變?yōu)樘峁└鄨D像存儲(chǔ)和預(yù)處理功能。這種并行極大地簡化了涉及大型物體或連續(xù)卷筒紙檢查精密檢測應(yīng)用程序的創(chuàng)建多攝像機(jī)系統(tǒng)。

圖像采集卡在機(jī)器視覺中還遠(yuǎn)未結(jié)束。高性能的圖像傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)帶寬的增加，保證了圖像采集卡具有實(shí)時(shí)圖像采集，一個(gè)角色控制的需求增加，格式和緩沖的數(shù)據(jù)做出有效使用主機(jī)。此外，圖像采集卡繼續(xù)進(jìn)化和適應(yīng)提供更大的價(jià)值在視覺系統(tǒng)把計(jì)算機(jī)密集的圖像處理任務(wù)和制備高效的圖像視覺分析。即使攝像機(jī)可以直接插到PC的數(shù)據(jù)采集、分析、處理能力的圖像采集卡可以把視覺系統(tǒng)的設(shè)計(jì)給出了圖像采集卡的一個(gè)重要的角色作為高速的關(guān)鍵，高性能視覺系統(tǒng)設(shè)計(jì)。