新一代工业级智能相机取得新突破_0
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  智慧工厂的需求

  性能与处理能力

  如何提升产能,系统性能与处理能力(throughput)扮演着关键的角色。就一般机器视觉系统而言,高分辨率与高帧率(每秒显示帧数)就像鱼与熊掌一样,不可兼得。在一般实际的应用中,通常是高分辨率但低帧率或低分辨率但高帧率的应用组合。如果想要两者兼得,惟一的出路就是使用高端CPU处理器来补足分辨率与帧率加乘出来的结果。如何以合理的成本,取得最佳的处理性能,是系统开发人员所关心的。

  产线环境

  工厂的环境通常是较为恶劣的,例如在饮料生产包装的产线,系统可能会直接接触到液体。而在工具机加工的环境中,则是充满切削工件的恶劣环境。如果机器视觉系统必须就近配置在严苛的产线环境中,那么选择具备防水、防尘能力的产品才能达到该需求。

  多组生产工作站

  在工厂环境中,一个成品的上市,从组件的制造、半成品的取放、质量的检验到出货的包装,必须要经过层层不同的工作站。举例来说,CNC机台负责组件的车削加工,通过工业机器人的取件,通过工业相机让工件定位后,才开始进行工件的切割;完成后进入到检测的站台,进行缺陷检测;过关的成品在包装区进行出货条形码的扫读。多组生产工作站之间,如何让系统之间容易整合与沟通,是工厂是否智能化的一大关键。

  软件开发环境

  软件解决方案开发的难易度与整合度,是所有导入智能化系统的工程人员心中的一大担忧,也往往是决定项目成败的最重要因素。如何缩短开发时间,降低系统开发成本,是重要的关键。

  选择小型机器视觉系统的决胜点

  处理器计算性能

  传统智能相机因为体积小,在有限的空间里,散热能力会受到限制,因而仅能搭载单核Atom处理器或ARM架构的处理器,虽然其功耗较低,但因性能有限,故仅能完成单一任务的图像分析处理,如计数、扫描条形码等。随着Intel?AtomTME3840处理器系列的发布,相比前一代处理器系列提升两倍的处理性能,且同时还拥有低功耗的优势。这意味着小体积也能带来高性能,多任务的图像处理得以被实现。新一代的小型机器视觉系统可具备同时进行尺寸测量、计数、定位、二维码读取等多任务处理的能力,从持有成本来看,具备一台抵多台的能力。

  图像传感器与图像质量的优劣

  图像传感器是机器视觉系统的灵魂,传感器的尺寸直接代表着图像的质量。在过去,智能相机的应用定义在初级的图像检测上,传感器的尺寸与图像质量的优劣,并不容易被凸显。然而如果要将机器视觉应用在高端高速的检测应用上,那么传感器的尺寸,就成为选择系统时,必须要考虑的要点。

  卷帘快门(Rollingshutter)与全局快门(Globalshutter)的比较

  卷帘快门与全局快门的不同在于画面曝光的时间差。卷帘快门是通过电子信号告诉感光组件,依序曝光,直到整个画面曝光完成。而全局快门是在曝光时,同时曝光整个画面。随着系统处理性能的提升,系统性能将不再是瓶颈,若有高速移动对象的检测的需求,采用全局快门传感器能采集到无残影的,正确的图像。

  协处理器

  在机器视觉图像采集与分析的过程中,图像质量占了重要的关键。如果可以在图像进入分析之前,就对采集的图像进行质量优化,可确保图像分析的正确。在过去的应用中,图像数据采集到系统后,必须通过系统处理器进行计算与图像质量优化,因为受限于CPU计算资源,能够处理的图像数据量也会受到限制。然而,若能通过FPGA的支持,将图像的矩阵计算,在进到CPU计算之前,即做好过滤以及优化的处理,可以大幅加速图像处理的性能,降低CPU资源,一方面可以把系统资源留给机器视觉系统的核心图像算法,另一方面可以更实时的处理大数据量的图像,让高速以及复杂的图像处理与分析,得以被实现,预处理功能例如查找表(lookuptable)、感兴趣区域(ROI,RegionofInterest),阴影校正(ShadingCorrection)等图像质量优化功能。

  GPU绘图与多媒体图像处理性能

  新一代Intel?AtomTME3840处理器相比前一代Intel?AtomTMD2550处理器系列计算性能提升六倍左右,可通过Intel?HDGraphics4000技术,同时处理多通道的图像压缩传输。通过CPU与GPU性能的提升,图像检测结果可以被记录、存盘,或者是提供原始资料进行进一步的对比与分析,让工厂的信息系统具备更智能的功能。

  系统显示性能

  在工厂环境中,传统智能相机仅能通过以太网传输数据,以供中控端的监控使用。若该机器视觉系统可支持VGA输出接口,则该机器视觉系统可以同时通过VGA以及以太网络端口输出图像,连接至HMI或产线端的屏幕,实时检查结果,发现问题,将可有效提升产线性能。

  64位架构

  图像分析软件因为需要处理的数据量大,市场上主流的应用软件多已经支持64位。所以机器视觉系统的选择,当然也必须选择支持64位的系统,才得以发挥该应用最大的效益。

  系统存储容量

  小型机器视觉系统的储存容量的大小,代表的意义是使用者可以存储更多的图像辨识对比样本,也可存储检测数据,或进行备份。对于整体系统的稳定性是非常有益的。

  总体拥有成本的考虑

  系统购置的总体拥有成本,并非仅考虑机器视觉系统本身的成本。使用者是聪明的,如何从总体拥有成本的角度协助客户降低费用,才是王道。我们不妨从以下几点来探讨:空间与配件的成本,扩展机器视觉系统成本,开发环境与程序的通用性,开发总成本:

  新一代x86智能相机的优势

  兼具高性能与体积小的优势

  新一代x86智能相机,可搭载最新四核Intel?AtomTME3800处理器,在CPU,GPU性能大幅提升的同时,还具有低功耗的优势。

  处理器、协处理器与图像处理器协力合作

  通过CPU处理器、FPGA的图像预处理,与GPU图像处理器协力合作,新一代的x86智能相机可有效释放CPU资源,让多任务的图像处理得以被实现,结合四核处理器的优势,可具备同时进行尺寸测量、计数、定位、二维码读取等多任务处理的能力,等同于一台抵多台的能力。

  谁说鱼与熊掌不可兼得?

  过去高速、高分辨率与复杂的图像处理是无法兼具的。但现在通过搭载400万像素,60fps的全局快门(globalshutter)图像传感器,高性能的四核处理器、支持64-bit的架构以及FPGA的图像预处理能力,从图像的采集性能到图像分析处理能力一并到位,得以实现不可能的任务。

  兼具可扩展性与稳定性

  新一代x86智能相机可提供类似于嵌入式计算机的I/O接口,如千兆以太网口,VGA,RS-232,USB,IsolatedDIO等,易于与产线中其他设备连接沟通。另外,千兆以太网口可用于支持另一组千兆以太网相机,满足智能相机过去无法达成的扩展性。同时具备IP-67等级的防水防尘规范,可承受严苛的应用环境,可安装于潮湿、粉尘的环境中。新一代x86智能相机再一次达到跨界演出。

  开放架构降低开发总成本

  新一代x86智能相机兼容GeniCam与GenTL,可通过API接口支持第三方软件。也就是说,无论使用者原有产线的工业电脑系统,或是线扫描系统,甚至原本就已经在使用的智能相机,开发人员仅需要学习一套开发程序语言,即可直接移植到新一代x86智能相机。

  结论

  新一代x86智能相机打破传统智能相机与嵌入式机器视觉系统的框架,从性能、扩展性、稳定性、开发成本与总体拥有成本上,均具备跨界的优势,为现今高速高端的机器视觉与图像分析系统应用提供新选择。也为具备弹性开发能力的用户与集成商,提供一个更具成本优势,以及加速进入市场的新方案。

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