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技术控 | 看脸的世界——工业机器视觉

供稿:菲尼克斯(中国)投资有限公司 2019/8/22 16:55:40

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  • 关键词: 菲尼克斯 工业机器视觉
  • 摘要:机器视觉主要研究用计算机来模拟人的视觉功能,通过相机等得到图像,然后将它转换成数字化图像信号,再送入计算机,利用软件从中获取所需信息,做出正确的计算和判断,通过数字图像处理算法和识别算法,对物体进行形态和运动识别,根据识别结果来控制现场的设备动作。

从现金支付到人脸支付;

从人工检票到刷脸进站;

从停车场人工收费到车牌自动识别和自动收费……

这些都是机器视觉的实际应用。

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机器视觉主要研究用计算机来模拟人的视觉功能,通过相机等得到图像,然后将它转换成数字化图像信号,再送入计算机,利用软件从中获取所需信息,做出正确的计算和判断,通过数字图像处理算法和识别算法,对物体进行形态和运动识别,根据识别结果来控制现场的设备动作。

机器视觉很早就应用在工业自动化领域,如3C(半导体及电子制造)、汽车、食品、物流和包装等行业。目前机器视觉主要有四大功能:定位、检测、测量、识别。

机器视觉系统主要由三部分组成:图像获取、图像处理和分析、输出和显示。

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图像获取

图像获取是工业机器视觉的采集单元,类似人的眼睛,包括五个组成部分:光源、镜头、相机、采集卡、运动平台。今天我们重点介绍相机。

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工业相机与民用相机不同,工业相机要求更高的图像稳定性、高速型和抗干扰性,并且要能够在恶劣的工业环境下使用。目前市面上使用的大部分工业相机都是基于CCD或者CMOS芯片的。CCD和CMOS相比,CCD图像效果好,工艺复杂,价格贵;CMOS功耗低,价格相比CCD便宜,但是图像效果没有CCD好。

工业相机数据传输接口方式有很多种,包括CoaxPress、CameraLink接口、USB接口、Gige接口、1394接口等。

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CameraLink接口传输速度最快,但是距离短,需要特殊线缆。(CameraLink接口也分多种协议,相机和采集卡传输距离最远10米,一般采用3米)

Gige接口是近几年市场应用的重点,使用方便,连接到千兆网卡上就能正常工作,同时支持PoE功能可以给相机供电。但是需要注意:一些采集软件可能对千兆网卡的芯片有要求,需要使用Intel芯片才可以正常驱动Gige相机,而使用如Realtek的芯片网卡,就无法响应。

图像采集、处理和分析

图像采集、处理和分析是工业机器视觉的中枢部门,类似人的大脑。图像采集卡是图像采集和处理的接口,可以理解为相机与计算机之间的接口。图像经过采样转换成数字化图像储存和处理。

根据相机的接口,选择采集卡的传输接口;对于采集卡如何将数据传输到计算机上的接口,目前一般都是采用PCIe接口。PCIe接口相比以前的PCI接口,无论速度和带宽都得到了很大的发展。可以参考以下PCIe参数表:

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图像处理和分析包括图像增强、数据编码和传输、平滑、边缘锐化、特征抽取、图像识别等内容。经过这些处理后,输出图像质量得到一定程度的改善,既改善了图像的视觉效果,又便于计算机对图像进行分析、处理和识别。

根据行业和厂家,有不同的软件和算法,比如OPENCV, Visual C++, Matlab等等,这里就不一一列举了。

输出或显示

图像处理分析完成后就需要输出或者显示,这类似人的手和脚。分析处理完成以后,比如可以通过计算机或者PLC控制伺服运动到指定位置,或者检测到不良品时可以通过机器人剔除或者处理不良品等等。

菲尼克斯电气可以为工业机器视觉系统在图像采集、处理和分析这个环节提供强大的硬件处理平台。

如4U工业计算机,采用稳定和性能强大的工业主板,主板支持两个最新的Intel千兆网卡;支持×4和×16 GEN3的PCIe接口,可以用来安装图像采集卡;同时支持六个RS232接口(其中一个接口支持RS232/RS485/RS422复用),可以用来作为伺服控制器的接口。该产品已经在工业机器视觉中的汽车焊接检测、半导体制造的元器件识别等行业得到了大范围的应用。

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菲尼克斯电气最新的PLCnext平台,同时具备传统PLC和智能设备的功能。采用实时Linux系统,用户可选择传统PLC的IEC61131-3编程语言和高级语言(如C++ 、C#)或模型语言(如Matlab Simulink)进行混合开发,并且支持众多开源软件和工具,支持云服务等最新技术。

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PLCnext平台支持OpenCV机器视觉库,同时支持多种现场总线和实时以太网技术,可以将视觉系统的图像采集并处理分析,以及运动输出部分集成在该平台上,可以获得更佳的效果和体验。

审核编辑(王静)
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