在大規(guī)?；蛘吒邷y試要求的生產(chǎn)線上，機(jī)器視覺功能可以被用來代替?zhèn)鹘y(tǒng)人工測量或檢測，以實(shí)現(xiàn)人工條件下無法達(dá)到的可靠性、精確度及測試速度。在中國，機(jī)器視覺從最初的實(shí)驗(yàn)室研究起步至今，約有近20年的歷史。但是，長期以來除了成套引入或復(fù)制國外產(chǎn)線外，機(jī)器視覺并沒有在自主的工業(yè)產(chǎn)線上形成規(guī)模性和普遍性的應(yīng)用。除了市場和用戶需要有認(rèn)可的過程外，原先基于PC架構(gòu)的機(jī)器視覺系統(tǒng)，在很多場合不適合本土更為敏感的成本因素以及更為復(fù)雜的現(xiàn)場環(huán)境。其次是視覺系統(tǒng)開發(fā)相對復(fù)雜，讓缺乏相關(guān)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的工程師不敢輕易嘗試。

智能相機(jī)低成本、高可靠性、簡單易用的特點(diǎn)迎合了上述市場的特性，在國內(nèi)也逐漸開始挑戰(zhàn)基于PC架構(gòu)的地位。從近兩年北美市場銷售統(tǒng)計(jì)情況來看，圖像采集卡基本保持穩(wěn)定，而智能相機(jī)的增幅高達(dá)17%左右。

在硬件架構(gòu)上，智能相機(jī)集成了圖像傳感器、運(yùn)行實(shí)時程序的嵌入式處理器，以及用于連接其它工業(yè)設(shè)備的I/O端口。它結(jié)構(gòu)緊湊且體積小，較PC架構(gòu)來說更適合工業(yè)現(xiàn)場的應(yīng)用環(huán)境。區(qū)別于傳統(tǒng)相機(jī)將圖像傳輸?shù)缴衔粰C(jī)再進(jìn)行處理，智能相機(jī)能獨(dú)立完成采集、處理到結(jié)果輸出的三個環(huán)節(jié)，系統(tǒng)的復(fù)雜度大為降低。以NI 1742智能相機(jī)（圖1）為例，除了配有標(biāo)準(zhǔn)C Mount鏡頭接口、光源控制器、優(yōu)質(zhì)的Sony CCD（每秒60幀采樣率）和553MHz高性能PowerPC處理器外，還附帶了軟件開發(fā)平臺。

當(dāng)然，對于一款智能相機(jī)來說，并不意味著集成的配件越多性能就越突出。因?yàn)闄C(jī)器視覺應(yīng)用有其特殊性，對系統(tǒng)的靈活性要求很高。以光源配置舉例，實(shí)際應(yīng)用中被測物體的特性千差萬別，受現(xiàn)場照明環(huán)境影響也很大，如果用戶選擇綁定LED的智能相機(jī)系統(tǒng)（即使是最常用的環(huán)形光源），往往也會在后續(xù)開發(fā)過程中發(fā)現(xiàn)不能滿足實(shí)際要求，再重新配購就增加了不必要的成本。為此，NI智能相機(jī)在設(shè)計(jì)時就考慮到了集成度與靈活性的平衡。仍以光源為例，NI 1742通過集成光源控制器，提供500mA 直流電流或者1A閃控電流的方式，即滿足選擇的靈活性又免去了配置外部光源控制設(shè)備。除了明顯減少外部配件成本以及連線需求外，還縮短了開發(fā)的時間，因?yàn)檫@樣工程師能夠在一個平臺上用同樣的應(yīng)用程序接口（API）開發(fā)各種功能。

機(jī)器視覺應(yīng)用程序開發(fā)

談到機(jī)器視覺應(yīng)用程序開發(fā)，由于國內(nèi)機(jī)器視覺發(fā)展較晚，很多用戶還不能熟練或者有意愿去學(xué)習(xí)使用復(fù)雜的編程語言或環(huán)境來開發(fā)整套機(jī)器視覺應(yīng)用程序。除了依靠專業(yè)的集成商或外部開發(fā)人員外，選擇高效靈活的機(jī)器軟件開發(fā)平臺，可有效降低開發(fā)難度。因此，智能相機(jī)開發(fā)平臺的易用性以及算法的支持度，成為了非常重要的選擇標(biāo)準(zhǔn)。

選擇一：基于交互式的軟件開發(fā)工具，如NI VBAI（Vision Builder for Automated Inspection）。作為業(yè)內(nèi)最方便易用的視覺軟件開發(fā)平臺之一，用戶無需編程，就可以用菜單配置的方式完成整個應(yīng)用程序開發(fā)，沒有或較少有機(jī)器視覺經(jīng)驗(yàn)的工程師均可快速入門。他們可以通過交互式的方式來配置并驗(yàn)證光源設(shè)置、采集方式、圖像預(yù)處理和處理算法，再以軟件工具給出的對應(yīng)執(zhí)行時間量作為優(yōu)化判據(jù)，最終直接將最優(yōu)化的程序發(fā)布運(yùn)行于NI 智能相機(jī)平臺。在圖2的濾油器檢測應(yīng)用中，從采集一張合格的原始物件圖像開始，到設(shè)定模板用于匹配中心孔，再到顆粒分析來對周圍小孔進(jìn)行計(jì)數(shù)，以及最后通過灰度檢測驗(yàn)證O型環(huán)，每個步驟逐次添加完成。其中算法及參數(shù)修改所對應(yīng)的結(jié)果，都會同步的疊加在圖像窗口中顯示。機(jī)器視覺算法原型開發(fā)及驗(yàn)證的過程變得直觀而高效。

目前，對于智能相機(jī)應(yīng)用的很多顧慮集中在算法執(zhí)行能力以及處理速度。VBAI平臺提供了上百個高級的視覺工具，涵蓋了邊緣檢測、模式識別、光學(xué)字符識別、1維/2維條形碼識別等高級應(yīng)用。此外，VBAI是NI 智能相機(jī)附帶的。對用戶而言，可以基于NI智能相機(jī)構(gòu)建整套系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)工業(yè)檢測的各種常見應(yīng)用，同時又降低了成本和開發(fā)的復(fù)雜度。

選擇二：圖形化開發(fā)環(huán)境LabVIEW。相對于傳統(tǒng)的文本編程，其基于數(shù)據(jù)流的開發(fā)方式，非常適合于機(jī)器視覺這種典型的采集、分析到結(jié)果輸出的數(shù)據(jù)依賴型應(yīng)用結(jié)構(gòu)。圖像和數(shù)據(jù)在LabVIEW節(jié)點(diǎn)傳遞的過程就決定了程序執(zhí)行的順序，所以用戶可以在程序框圖中以運(yùn)行流程一致的方式建立應(yīng)用程序。LabVIEW所配備的高級的視覺工具庫，使測控領(lǐng)域的工程師們在實(shí)現(xiàn)更高的開發(fā)效率的同時，也獲得了更大的靈活性以及應(yīng)用程序的性能。NI 智能相機(jī)的用戶，可以直接將之前通過VBAI軟件交互式配置的應(yīng)用自動生成為LabVIEW代碼。這樣，無論是機(jī)器視覺的初學(xué)者還是專業(yè)集成商，都可以運(yùn)用NI的進(jìn)一步擴(kuò)展高性能的的機(jī)器視覺應(yīng)用。

智能相機(jī)與自動化系統(tǒng)集成

當(dāng)智能相機(jī)結(jié)合上述兩類原型驗(yàn)證環(huán)境、高級的圖形化編程平臺以及自動生成工具時，開發(fā)過去看似復(fù)雜的機(jī)器視覺應(yīng)用變得前所未有的簡單。另一個非常重要的一個環(huán)節(jié)，即在設(shè)計(jì)視覺架構(gòu)時，應(yīng)考慮產(chǎn)線上或者裝備的整體自動化系統(tǒng)集成。實(shí)質(zhì)上，機(jī)器視覺功能很少作為孤立的系統(tǒng)，而是以整個自動化系統(tǒng)或者設(shè)備的有機(jī)組成部分之一出現(xiàn)。智能相機(jī)的輸出結(jié)果需要被用來驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)以分類產(chǎn)品或剔除不良品，引導(dǎo)運(yùn)動控制系統(tǒng)或機(jī)器人動作，與PLC或者PAC（可編程自動化控制器）通信實(shí)現(xiàn)更高性能的閉環(huán)控制，集成入企業(yè)級軟件和SCADA以監(jiān)測生產(chǎn)狀態(tài)趨勢并統(tǒng)計(jì)存量，這樣才能最大程度的發(fā)揮其優(yōu)勢。目前的問題是，多數(shù)機(jī)器視覺供應(yīng)商提供的產(chǎn)品或服務(wù)往往局限于視覺功能，工業(yè)自動化系統(tǒng)整體集成的挑戰(zhàn)留給了用戶或集成商，這種困難一定程度上阻礙了工業(yè)機(jī)器視覺應(yīng)用的推廣。

在這點(diǎn)上，基于NI的解決方案具備了較大的優(yōu)勢。從通信接口來看，除了配備標(biāo)準(zhǔn)的RS232和工業(yè)I/O用于連接PLC、執(zhí)行器之類的設(shè)備外，NI 智能相機(jī)獨(dú)創(chuàng)性的提供了雙端口千兆以太網(wǎng)接口，機(jī)器視覺檢測可以同時直連HMI和控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)功能的同步與擴(kuò)展。在此基礎(chǔ)上，操作員或管理者基于NI網(wǎng)絡(luò)發(fā)布技術(shù)，可以在遠(yuǎn)程使用標(biāo)準(zhǔn)瀏覽器來監(jiān)控工業(yè)現(xiàn)場的檢測過程。配合LabVIEW企業(yè)管理工具包，智能相機(jī)獲取的產(chǎn)品信息也可以同步導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫以及企業(yè)級軟件。另外，通過NI 支持的Modbus等多種工業(yè)通信協(xié)議或者OPC服務(wù)器，可以完成視覺功能與產(chǎn)線已有的三方自動化設(shè)備或PLC的無縫集成。

隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展，近幾年智能相機(jī)性能顯著提高，越來越多必須依賴于PC處理的應(yīng)用開始向智能相機(jī)平臺傾斜。低成本、高可靠性及易于安裝維護(hù)等優(yōu)勢，使得機(jī)器視覺在制造業(yè)上的規(guī)模性應(yīng)用越來越普遍。伴隨著國內(nèi)產(chǎn)業(yè)鏈的升級，智能相機(jī)將在自動化舞臺上發(fā)揮更大的作用。在起步過程中，選擇某款智能相機(jī)的方案，往往就會決定企業(yè)未來長期應(yīng)用的情況和發(fā)展。因此，在投入初期，應(yīng)該考慮到視覺供應(yīng)商是否能夠像NI一樣提供完備高效的平臺，并且不斷致力于將最新的商用集成技術(shù)引入到產(chǎn)品中，以保證未來系統(tǒng)的靈活性以及性能提升的可行性。