細心留意，食品包裝上經(jīng)常有這樣的字眼：“此前最佳”日期。在生產(chǎn)中，要對日期等相關(guān)數(shù)字、符號一一檢查確認(rèn)，靠人眼顯然吃力。機器視覺的出現(xiàn)使這一現(xiàn)象得到改觀。

當(dāng)然，替代人工視覺，滿足人工視覺難以滿足要求的場合，僅是機器視覺應(yīng)用的一小部分。它更重要的作用在于提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度，在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。在一些不適合人工作業(yè)的危險工作環(huán)境，它還可以避免一些不必要的危險，同時，機器視覺易于實現(xiàn)信息集成，對現(xiàn)代工業(yè)化生產(chǎn)起著重要促進作用。而近年，隨著機器視覺崛起及全球制造中心向中國轉(zhuǎn)移，中國機器視覺市場已成為國際廠商關(guān)注焦點。業(yè)內(nèi)人士預(yù)測，中國機器視覺市場規(guī)模到2015年將達200億元。

本期《伺服與運動控制》精品一欄將對此市場一線精品進行盤點，同時，本期欄目也邀請到德國Basler、加拿大M atrox、Princetion等多家國外一線品牌代理商北京三寶興業(yè)（微視凌志）視覺技術(shù)有限公司銷售市場部經(jīng)理崔志遠先生講述產(chǎn)品挑選之道及機器視覺市場相關(guān)發(fā)展。

專家Q & A

北京三寶興業(yè)（微視凌志）視覺技術(shù)有限公司

銷售市場部經(jīng)理 崔志遠

注：三寶興業(yè)（原微視凌志圖像）是國內(nèi)最早一批做視覺的公司之一，在機器視覺行業(yè)已有十多年的背景，代理世界一流廠商品牌，能為客戶提供前端光源、鏡頭相機到后端采集卡、圖像處理軟件、處理工作站以及視覺相關(guān)配件等一站式服務(wù)。

《伺服與運動控制》=伺 崔志遠=崔

伺：您如何看待機器視覺及在中國發(fā)展？

崔：機器視覺作為新興高科技行業(yè)，旨在用機器來代替人眼，服務(wù)工業(yè)制造業(yè)，以提高制造效率、降低成本，從而進一步促進制造業(yè)的發(fā)展。近些年來，機器視覺的市場每年都在飛快增長，這個行業(yè)在國外已經(jīng)發(fā)展到了一個相對成熟的階段，而這個行業(yè)目前在國內(nèi)，還處在一個飛速發(fā)展的初級階段，機器視覺應(yīng)用還未被整個工業(yè)領(lǐng)域所認(rèn)知，但已經(jīng)有越來有多的工業(yè)領(lǐng)域開始使用機器視覺，長遠來看，中國機器視覺前景不錯。

伺：如何挑選合適的機器視覺產(chǎn)品？

崔：挑選視覺產(chǎn)品其實和我們?nèi)粘Ｌ暨x貨品一樣，性價比肯定是我們考慮的首要因素。性價比中，性能是排在第一位的，對于一個視覺需求來說，性能達不到，再好的價格也是浪費。在性能挑選方面，相機作為一套視覺系統(tǒng)中的核心部件是我們最先要確立的。挑選相機最基礎(chǔ)的2個參數(shù)就是分辨率和幀速率。分辨率通過視覺系統(tǒng)所要實現(xiàn)的精度來確定，而相機的幀速率就需要通過被測物的采樣頻率來確定。相機確定后，可根據(jù)相機的分辨率以及視場和工作距離等參數(shù)來確定相匹配的鏡頭，根據(jù)相機的輸出方式以及點頻等參數(shù)來選擇匹配的采集卡。在硬件基本確立好之后，視覺軟件的選取就需要考慮對應(yīng)用實現(xiàn)的可行性以及執(zhí)行效率還有對硬件的兼容性。在性能確認(rèn)滿足后，就需要對比產(chǎn)品的價值，價值不僅僅包括產(chǎn)品表面的價格，還需要考慮產(chǎn)品的隱形成本，也就是產(chǎn)品的質(zhì)量，穩(wěn)定性方面。 最后結(jié)合性價比選取一套最合適的產(chǎn)品。

伺：機器視覺有哪些新趨勢？

崔：機器視覺最終服務(wù)的是工業(yè)制造業(yè)，那么隨著工業(yè)的發(fā)展以及市場規(guī)模的不斷擴大，視覺產(chǎn)品的發(fā)展有兩個方向：高性價比和高效率。關(guān)于高性價比也就是說在追求高性能的同時需要有更好的成本控制，目前國際上的很多知名大廠都在向這個方面發(fā)展，如德國Basler作為行業(yè)的領(lǐng)軍企業(yè)已率先邁出了這一步，其旗下的Ace系列產(chǎn)品率先做到了在國際一流的品質(zhì)下有一個非常有競爭力的價格體系。關(guān)于高效率，一方面是更大分辨率的產(chǎn)品，另一方面則是更高幀速率/線掃描速率的產(chǎn)品，這兩方面在提高效率方面是殊途同歸。

伺：您如何看待firewire、USB 3.0、GIGE、Camera link各接口的發(fā)展？

崔：Firewire作為上一代即插即用的數(shù)據(jù)傳輸接口，在過去的視覺發(fā)展中起到了非常大的作用，但隨著相機技術(shù)的發(fā)展，需要數(shù)據(jù)傳輸?shù)膸捲絹碓酱螅現(xiàn)irewire已經(jīng)逐漸無法滿足相機數(shù)據(jù)的傳輸，并且作為電子類產(chǎn)品，F(xiàn)irewire的周邊配件越來越少，這種接口將漸漸淡出視覺應(yīng)用；

USB3.0作為新一代的即插即用數(shù)據(jù)接口，以其便捷、高帶寬受到了行業(yè)的矚目，國內(nèi)外相機廠商都在相機推出了USB3.0接口的產(chǎn)品。隨著USB3.0的周邊配件越來越多，USB3.0接口在今后的視覺市場中，將會被更廣泛的應(yīng)用，不過，受其數(shù)據(jù)傳輸線纜長度的限制，USB3.0確實無法完全替代GigE，而只能作為與GigE并行的一種數(shù)據(jù)接口在視覺市場中存在；

GigE接口還風(fēng)頭正盛，是目前視覺市場的主力數(shù)據(jù)傳輸方式，而在未來的視覺市場中，仍是數(shù)據(jù)傳輸方式的主要接口形勢；

CameraLink數(shù)據(jù)接口在機器視覺行業(yè)中擁有較長的發(fā)展歷史，而目前主要應(yīng)用于中、高端的視覺產(chǎn)品上。CameraLink以其數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性、低延時、抗干擾能力強受行業(yè)內(nèi)的認(rèn)可，現(xiàn)在來看，其在眾多視覺接口形式中，還將會占有一席之地。

1智能相機及傳感器

智能相機是一種高度集成化的微小型機器視覺系統(tǒng)。它將圖像的采集、處理與通信功能集成于單一相機內(nèi)，從而提供了具有多功能、模塊化、高可靠性、易于實現(xiàn)的機器視覺解決方案。同時，由于應(yīng)用了最新的DSP、FPGA及大容量存儲技術(shù)，其智能化程度不斷提高，可滿足多種機器視覺的應(yīng)用需求。

這三款智能相機屢獲殊榮

 堡盟： Verisens系列智能相機：

特色：Baumer最新的Verisens系列智能相機采用堡盟享有專利的FEX圖像處理器技術(shù)，其靈感來源于人的眼睛，無論現(xiàn)場光照條件如何，利用FEXLoc目標(biāo)定位工具均可以穩(wěn)定的找到目標(biāo)物的輪廓；相機內(nèi)部集成頻閃控制器，可以給任意的外部LED照明光源供電并通過頻閃功能實現(xiàn)其和相機的同步；Verisens的OCR功能不需要預(yù)先進行字體培訓(xùn)，只需輕點鼠標(biāo)即可完成設(shè)置，極大提升使用效率；基于標(biāo)準(zhǔn)的Web瀏覽器，Verisens Web界面功能可靈活配置人機界面，省去了用戶編程的時間。

典型應(yīng)用：食品及飲料行業(yè)的保質(zhì)期檢查；包裝行業(yè)的瓶蓋檢測、標(biāo)簽位置等；汽車行業(yè)的產(chǎn)品裝配質(zhì)量、尺寸測量、二維碼讀??；裝配搬運行業(yè)的機械手定位、零部件就位及位置監(jiān)控等。

Cognex（康耐視）：In-Sight 7000系列視覺系統(tǒng)

特色：獲獎的In-Sight® 7000系列視覺系統(tǒng)有多種機器視覺用途。這些完全集成的智能攝像頭具有自動對焦、快速圖像捕獲、集成照明和鏡頭，以及用于檢測、色彩、OCR應(yīng)用等等的強大視覺工具。它們還具有為一系列外部照明提供電源和進行控制功能，盡在一個緊湊的工業(yè)IP67包裝中。

典型應(yīng)用：高精度測量、定位和檢測視覺等。

邁思肯：VisionHAWK視覺系統(tǒng)

特色：Vision HAWK采用可實現(xiàn)無限自動聚焦的先進液態(tài)鏡頭技術(shù)，其設(shè)計易于配置和操作。Vision HAWK含有集成光學(xué)部分和光源、工業(yè)通訊協(xié)議和即插即用的連接。和Vision MINI一樣，可通過邁思肯的簡化版機器視覺軟件AutoVISION™或更先進的Visionscape®軟件來操作。

典型應(yīng)用：適合多種檢測應(yīng)用，包括組裝驗證、部件識別、讀碼等。

智能相機知多少？

智能相機一般由圖像采集單元、圖像處理單元、圖像處理軟件、網(wǎng)絡(luò)通信裝置等構(gòu)成，各部分掌握不同功能。

1、 圖像采集單元

在智能相機中，圖像采集單元相當(dāng)于普通意義上的CCD/CMOS相機和圖像采集卡。它將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換為模擬/數(shù)字圖像，并輸出至圖像處理單元。

2、圖像處理單元

圖像處理單元類似于圖像采集/處理卡。它可對圖像采集單元的圖像數(shù)據(jù)進行實時的存儲，并在圖像處理軟件的支持下進行圖像處理。

3、圖像處理軟件

圖像處理軟件主要在圖像處理單元硬件環(huán)境的支持下，完成圖像處理功能。如幾何邊緣的提取、Blob、灰度直方圖、OCV/OVR、簡單的定位和搜索等。在智能相機中，以上算法都封裝成固定的模塊，用戶可直接應(yīng)用而無需編程。

4、網(wǎng)絡(luò)通信裝置

網(wǎng)絡(luò)通信裝置的智能相機的重要組成部分，主要完成控制信息、圖像數(shù)據(jù)的通信任務(wù)。智能相機一般均內(nèi)置以太網(wǎng)通信裝置，并支持多種標(biāo)準(zhǔn)網(wǎng)絡(luò)和總線協(xié)議，從而使多臺智能相機構(gòu)成更大的機器視覺系統(tǒng)。

2.工業(yè)相機

工業(yè)相機是機器視覺系統(tǒng)中的一個關(guān)鍵組件，其最本質(zhì)的功能就是將光信號轉(zhuǎn)變成AFT-808小型高清工業(yè)相機為有序的電信號。選擇合適的相機也是機器視覺系統(tǒng)設(shè)計中的重要環(huán)節(jié)，相機不僅是直接決定所采集到的圖像分辨率、圖像質(zhì)量等，同時也與整個系統(tǒng)的運行模式直接相關(guān)。

您不可錯過的三款工業(yè)好相機

Basler：Ace系列Camera Link面陣攝像頭

特色：分辨率從VGA到500萬像素；超小型設(shè)計：42x29x29mm；千兆網(wǎng)（GigE Vision）或Camera Link接口；支持PoE（通過以太網(wǎng)線供電802.3af）；支持PoCL（通過Camera Link線供電）。

典型應(yīng)用：半導(dǎo)體及零部件檢測；制造業(yè)質(zhì)量控制；食品和飲料檢測；智能交通系統(tǒng)；顯微鏡和醫(yī)療成像。

E2V：EliiXA UC4/UC8 3彩色線陣攝像頭

特色：與3CCD棱鏡媲美的色彩還原能力，且具高性價比；三種芯片可選：RGB 3線/RGB+黑白4線/RGB+NIR（近紅外）4線；10µm像素尺寸、20µm行間距，避免視場角過大產(chǎn)生行遮擋；18KHz線速率、62dB動態(tài)范圍；8、10、12bit數(shù)據(jù)格式。

典型應(yīng)用：食品檢測、材料表面檢測以及度量等

UNIQ：UC-1830彩色數(shù)字照相機

特色：1024x1024高分辨率，使用了逐行掃描隔行傳輸?shù)募夹g(shù)。CCD帶有R，G，B原色馬賽克濾光片。具有外部異步采集功能，能夠很容易的抓拍高速運動物體的圖像。其CCD的方形像素更適合用于處理、測量和分析方面的應(yīng)用。本產(chǎn)品體積小、重量輕，其數(shù)字和模擬輸出，快門選擇其后面板上的許多其它功能使用起來都十分簡便。

典型應(yīng)用：機械視覺、自動檢測、運動采集及分析、高分辨率圖象采集、醫(yī)學(xué)影象、生物圖象、顯微圖像、非接觸測量等科學(xué)和工業(yè)領(lǐng)域。

1、根據(jù)應(yīng)用的不同分別選用CCD或CMOS相機

3.工業(yè)鏡頭

在機器視覺系統(tǒng)中，鏡頭的主要作用是將成像目標(biāo)傳達到圖像傳感器的光敏面上。鏡頭的質(zhì)量直影響到機器視覺系統(tǒng)的整體性能，合理地選擇和安裝鏡頭，是機器視覺系統(tǒng)設(shè)計的重要環(huán)節(jié)。

如何選擇合適鏡頭？

1、波長、變焦與否

工業(yè)鏡頭的工作波長和是否需要變焦是比較容易先確定下來的，成像過程中需要改變放大倍率的應(yīng)用，采用變焦鏡頭，否則采用定焦鏡頭就可以了。

是否需要另外采取濾光措施？單色光還是多色光？能否有效避開雜散光的影響？把這幾個問題考慮清楚，綜合衡量后再確定鏡頭的工作波長。

2、特殊要求優(yōu)先考慮

結(jié)合實際應(yīng)用，可能會有特殊的要求，應(yīng)該先予明確下來。例如是否有測量功能，是否需要使用遠心鏡頭，成像的景深是否很大等等。景深往往不被重視，但是它卻是任何成像系統(tǒng)都必須考慮的。

3、工作距離、焦距

先明確系統(tǒng)的分辨率，結(jié)合CCD像素尺寸就能知道放大倍率，再結(jié)合空間結(jié)構(gòu)約束就能知道大概的物像距離，進一步估算工業(yè)鏡頭的焦距。

4、像面大小和像質(zhì)

遵循“大的兼容小的”原則——相機感光面不能超出鏡頭標(biāo)示的像面尺寸——否則邊緣視場的像質(zhì)不保。

像質(zhì)的要求主要關(guān)注MTF和畸變兩項。在測量應(yīng)用中，尤其應(yīng)該重視畸變。

5、光圈和接口

工業(yè)鏡頭的光圈主要影響像面的亮度。但是現(xiàn)在的機器視覺中，最終的圖像亮度是由很多因素共同決定的：光圈、相機增益、積分時間、光源等等。所以為了獲得必要的圖像亮度有比較多的環(huán)節(jié)供調(diào)整。

工業(yè)鏡頭的接口指它與相機的連接接口，它們兩者需匹配，不能直接匹配就需考慮轉(zhuǎn)接。

6、成本和技術(shù)成熟度

如果以上因素考慮完之后有多項方案都能滿足要求，則可以考慮成本和技術(shù)成熟度，進行權(quán)衡擇優(yōu)選取。 例如，要給硬幣檢測成像系統(tǒng)選配工業(yè)鏡頭，約束條件：相機CCD 2/3英寸，像素尺寸4.65µm，C口。工作距離大于200mm，系統(tǒng)分辨率0.05mm。光源采用白色LED光源。

4.圖像采集卡

圖像采集卡，可獲取數(shù)字化視頻圖像信息，并將其存儲和播放出來的硬件設(shè)備。

兩款功能強大的圖像采集卡

MATROX ：Solios GigE自帶處理器系列

特色：4個獨立的千兆網(wǎng)（GbE）端口；最多可以同事對源自8路GigE VisionTM接口輸出的信息包進行過濾；64MB板上幀存；可采集來自面陣/線陣相機的數(shù)據(jù)；離散I/O的全補碼；可編程控制彩色空間轉(zhuǎn)換；可選擇添加定制的基于FPGA的處理芯片。

Foresight Imaging：AccuStream50+.75+.170+

特色：像素抖動+0.5ns，信噪比47dB，增益、黑電平、相位調(diào)整；實時視頻傳輸，并創(chuàng)建AVI格式文件，超過250MB/秒的速度通過64bit/66MHz PCI總線傳輸，實時同步傳輸?shù)絻?nèi)存與顯存；點頻達170MHz，分辨率達2048*2048，兼容DDC。

典型應(yīng)用：海上導(dǎo)航系統(tǒng)，雷達顯示，醫(yī)療成像，監(jiān)控顯示檢測，軍用成像。

如何選購圖像采集卡？

1、硬件的可靠性

這里有兩個經(jīng)驗性的技巧用以評估不同板卡的可靠性，板上的器件的數(shù)量和功耗。試著去選擇具有更低功耗的采集卡。在其它條件同等情況下，一塊復(fù)雜具有更多器件的卡會比器件較少的卡耗散更多的熱量。好的設(shè)計會采用更多的ASIC和可編程器件以減少電子器件的數(shù)量，而達到更高的功能。還可以選擇具有更少的無用功能的卡以減少不必要的麻煩。

2、軟件的支持

基本上所有圖像采集卡都支持二次開發(fā)，通常隨圖像采集卡都附送一些采集、存儲、顯示相關(guān)的函數(shù)庫，而圖像處理相關(guān)的函數(shù)庫雖然需要得到響應(yīng)的硬件支持但往往都是另外銷售的，因此在選擇采集卡的同時還必須考慮此視覺系統(tǒng)要選用的軟件與采集卡是否兼容，是否使用方便，其軟件是否要求付費等。

5.視覺軟件

如果說工業(yè)相機是眼睛，那么視覺軟件便是大腦，是整個機器視覺中的核心部分。

廣泛應(yīng)用的3系列視覺軟件

康耐視：VisionPro®計算機視覺系統(tǒng)

特色：不管您所使用的攝像頭或板卡是何種類型，甚至可以支持三維輪廓儀、熱像儀和X射線成像儀之類的非傳統(tǒng)來源。這意味著所有應(yīng)用都可得益于應(yīng)用廣泛的工業(yè)級康耐視工具。經(jīng)全世界 500，000多臺安裝驗證，VisionPro®工具庫可涵蓋所有的視覺需求。

邁思肯：AutoVISION™機器視覺軟件

特色：該軟件旨在為用戶提供一套完整的機器視覺工具的同時，縮短學(xué)習(xí)機器視覺軟件的相關(guān)過程。編程和設(shè)備配置期間的實時反饋功能可幫助分秒必爭的工程師輕松地實現(xiàn)視覺應(yīng)用。AutoVISION™可用于邁思肯的Vision MINI和Vision HAWK硬件平臺。

National Instruments（NI）：NI視覺采集、NI視覺開發(fā)、NI視覺生成器

特色：NI視覺軟件產(chǎn)品具有機器視覺應(yīng)用的眾多優(yōu)勢。若想無須編程即可創(chuàng)建、校準(zhǔn)并部署一個視覺應(yīng)用程序，請選擇用于自動檢測的視覺生成器（Vision Builder for Automated Inspection）。若您的機器視覺應(yīng)用需要強大的程序庫，視覺開發(fā)模塊可為您縮短的開發(fā)周期，節(jié)省您的時間和金錢。 IEEE 1394接口的NI-IMAQ是一個驅(qū)動軟件，可用于從火線（Firewire）接口相機采集圖像并將其應(yīng)用到LabVIEW、LabWindows/CVI或Measurement Studio程序中。

常見視覺軟件還有哪些？

德國MVtec公司開發(fā)的halcon，美國國家儀器（NI）公司研制開發(fā)的LabVIEW，Intel建立的OpenCV，微軟公司開發(fā)的的Visual c++，加拿大Matrox公司開發(fā)的Mil等