機器視覺設計組建模塊

January 8, 2020 Brandon Lewis

计算机视觉,机器视觉,IIoT

製造時,機器視覺檢查系統會使用子像素感知來即時識別產品缺陷,每分鐘可檢查數百個項目。與人工檢查員相比,該技術減少了缺陷、提升了產量,並可讓生產自動化系統高速運作。

對於系統整合商而言,機器視覺革命代表了巨大的機會。但是,系統極為複雜,所以快速建立差異化解決方案是一項重大挑戰。作為基準,它需要:

  • 照明:以照亮待檢查的物體
  • 鏡頭:用於拍攝最高品質的影像
  • 高解析度影像感應器:數位化所拍攝的影像
  • 視覺處理器:使用複雜的演算法分析數位化影像
  • 通訊:將發現結果轉送到 PLC、分析平台等系統。

取得並整合這些元件是一項耗時且資源密集的工作,那還是在沒有考慮封裝、機殼等的情況下。此外,許多機器視覺系統必須與舊式工廠設備整合、結合新的企業物聯網功能,並採用人工智慧 (AI) 使其更有效率。

智慧型攝影機組建模塊

系統整合商需要的的解決方案要能加速機器視覺系統設計,另一方面仍可讓他們透過應用程式軟體來加以區別並增加價值。

例如,深圳市卓信創馳技術有限公司RVS-2100 智慧型攝影機解決方案為現代化的 120-fps 機器視覺解決方案,以小巧、加固的封裝提供所有重要元件 (圖 1)。它以現成的開發套件提供,故系統整合商可在基準技術之上進行創新。

RVS-2100 智慧型攝影機。(資料來源:卓信創馳技術有限公司)
圖 1。RVS-2100 智慧型攝影機。(資料來源:卓信創馳技術有限公司)

具體而言,該套件包括:

  • IP67 等級的外殼,可在惡劣的環境中部署
  • 脈寬調變 (PWM) 光學控制,可用於細粒度照明
  • 高解析度光學鏡頭
  • MIPI 全局式快門影像感應器,解析度為 1 MP
  • 配備 2M 快取的四核心 Intel Atom處理器,用於高速影像處理
  • 整合式 FPGA,支援特定用途的 I/O 以及影像前置處理和後續處理
  • 透過堅固的 M12 連接器進行 RS-232、USB、UART、DisplayPort 與 Gigabit 乙太網路通訊

特別的是,FPGA 支援廣泛的 I/O 支援與介面靈活性,故系統整合商可以快速定義特定使用案例的獨特實作。例如,可在智慧型攝影機與人機介面 (HMI) 或可程式化的邏輯控制器 (PLC) 之間建立通訊與控制。甚至可以使用 Gigabit 乙太網路介面來支援多角度安裝的其他高傳輸量從屬攝影機 (圖 2)。

廣泛的 I/O 和可配置的 FPGA 提供了連接各種主機及周邊裝置的靈活性。(資料來源:卓信創馳技術有限公司)
圖 2。廣泛的 I/O 和可配置的 FPGA 提供了連接各種主機及周邊裝置的靈活性。(資料來源:卓信創馳技術有限公司)

機器視覺的軟體方面

在軟體方面,智慧型攝影機解決方案提供了在整合商選擇的環境中開發應用程式的靈活性。對於初次使用者而言,該攝影機同時與 Windows 10 及 Linux 相容,並支援各種開放式 API ,這些 API 可與 Google Cloud、阿里雲及各種其他平台與服務整合。

在應用程式啟用上,以software developed in Halcon、LabVIEW 或 Intel® OpenVINO 工具組編程範式開發的軟體,可以在獨立的電腦上進行工程設計,然後順暢移轉到 RVS-2100 平台。這種靈活性是關鍵,不僅因為它採用了網域專家已熟悉的視覺化程式設計模型,也由於它提供了通往支援 AI 影像辨識和物件偵測的途徑。

OpenVINO 工具組是一款開發工具,可針對多個 Intel® 處理平台最佳化在 Caffe 和 TensorFlow 等框架中內建的電腦視覺演算法。使用 OpenCV 與 OpenVX API 等各種程式庫,影像處理演算法可在 Intel Atom 等平台上加速 ( 3)。

Intel® OpenVINO™ 工具組可支援在各種異質處理器組合快速開發及部署深度學習演算法。( 來源:Intel® )
圖 3。Intel® OpenVINO 工具組可支援在各種異質處理器組合快速開發及部署深度學習演算法。(資料來源:Intel®)

所有的軟體功能均封裝在 RVS-2100 智慧型攝影機套件隨附的演示 SDK 中,該 SDK 可協助系統整合商加速條碼掃描等機器視覺應用程式的開發。

使用案例:更快速讀取條碼

根據卓信創馳的報告,中國 80% 的製造設施都使用條碼掃描。但是,不同的工廠會針對特定作業使用的不同條碼方案。當然,來自一個工廠的物品和材料會在整個供應鏈中進出其他工廠和倉庫。

若要將送入的物品整合到新的工廠環境中,必須對原始條碼進行掃描,並將其與目前工廠中的相應條碼進行配對。然後列印新的條碼,套用於該物品,再進行驗證。目前來說,這是一個手動程序,非常耗時且容易出錯。

為了擴大作業規模,製造商正在使用企業資源規劃 (ERP) 系統,以收納盡是外來條碼的資料庫。透過能交叉參照這些 ERP 系統且快速又精準的讀取器,掃描、列印和驗證新條碼的程序幾乎可以完全自動化。

RVS-2100 體積小、功耗低、精確度高且與原生雲端平台相容,因而是這些應用的理想簡易替換式解決方案。

卓信創馳發現,在這些使用案例中,攝影機可以將人力資源需求減少高達 70%。且得益於乙太網路連線功能、擴充的 I/O 和靈活的軟體 API,系統整合商可以最少的時間和開發心力將它們部署到現有安裝中。

條碼之外

條碼掃描的智慧管理,是使機器視覺在智慧型工廠和倉庫中變得愈加普及的眾多方式之一。透過 RVS-2100 智慧型攝影機套件等多功能、低功耗的高效能平台,系統整合商可將機器視覺快速內建到各種應用中,從視訊監控到協作機器人等無所不包。

有了所有基本的機器視覺組建模塊,這些整合商就可以將資源集中在差異化的軟體上,這些軟體將在資源眾多的領域中脫穎而出。

作者簡介

Brandon Lewis

Brandon is responsible for Embedded Computing Design’s IoT Design, Automotive Embedded Systems, Security by Design, and Industrial Embedded Systems brands, where he drives content strategy, positioning, and community engagement. He is also Embedded Computing Design’s IoT Insider columnist, and enjoys covering topics that range from development kits and tools to cyber security and technology business models. Brandon received a BA in English Literature from Arizona State University, where he graduated cum laude.

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