工程師黃明星 發表於 2018-07-23 10:36:00
如果說機器視覺是全球智能的「慧眼」，那麼視覺傳感器就是機器視覺的「眼球」。視覺傳感器雖然出現於50年代後期，但由於其精準性、易用性、功能豐富及成本合理的特點，發展十分迅速，被廣泛地被應用於機器人視覺領域，是機器人中最重要的傳感器之一。
原理與結構
視覺傳感器是整個機器視覺系統信息的直接來源，其主要功能就是獲取足夠的機器視覺系統要處理的最原始圖像，再將其與內存中存儲的基準圖像進行比較，以做出分析，為後面的智能系統提供視覺判斷依據。
視覺傳感器能夠從一整幅圖像捕獲光線的數以千計的像素，圖像的清晰和細膩程度通常用解析度來衡量，以像素數量表示。部分視覺傳感器能夠捕獲的像素值很高，無論距離目標數米或數釐米遠，傳感器都能「看到」十分細膩的目標圖像。在捕獲圖像之後，視覺傳感器將其與內存中存儲的基準圖像進行比較，以做出分析，判斷其與標準圖像是否相同。
視覺傳感器原理圖
如上圖所示，視覺傳感器的基本結構與人眼接受、處理圖像的過程類似，主要有照明、相機、控制器三部分組成。工作時首先照明部分將物體照亮，然後相機部分將物體的反射光轉化為電子信號，再由控制器部分對電子信號進行分析處理。
高速視覺傳感器近年來，隨著人工智慧的高速發展，機器視覺系統行業也開始取得了許多創新性的突破。為了打破現有視覺傳感器無法捕獲快速移動的物體或現象和只能重複特定動作的局限，日前出現了一種全新高速視覺傳感器，該傳感器可以每秒1000幀的速度對物體進行檢測和跟蹤，可能讓機器人能夠實時快速地對運動中的對象作出反應，讓視覺傳感器也變的更加智能。
從結構來看，高速視覺傳感器為堆疊式構造，具有背照式像素陣列和信號處理電路層。電路層配有影像處理電路和可編程列並行處理器，可進行高速目標檢測和跟蹤。基於背照式像素陣列，這種構造可實現高靈敏度成像，檢測和跟蹤目標的速度為每秒1000幀。
在此之前，裝有30fps處理的影像傳感器系統並不總是能夠捕獲快速移動的物體或現象。在1，000fps下，視覺傳感器成像速度比傳統晶片快約33倍，可以捕獲快速移動的物體，並從影像信息中檢測物體，同時使用高速處理功能提取質心、力矩和運動矢量等信息。
傳統的工業機器人一般通過使用程序的既定運動坐標來工作，反饋較慢。如果在檢測工廠和其它地方生產線異常或故障時發生延誤，可能會產生致命的結果。高速視覺傳感器所具備的高速跟蹤功能，能夠瞬間捕獲異常或故障，處理結果從傳感器逐幀輸出，以比傳統方法更快的時間反饋到系統，從而讓系統做出判斷。甚至視覺傳感器內部晶片本身可以自行處理圖像，所以人們無需過分地將圖像發送到單獨的計算機內進行處理，實現機器人的實時反饋、自主操作。
在傳統系統中，用於檢測和跟蹤目標的影像處理必須用電腦等其它設備後期執行，而將傳送影像數據、檢測目標和跟蹤影像處理等功能集成在一枚晶片上的全新視覺傳感器，改變了這一點。高速視覺傳感器不但使後期設備變得更緊湊小巧、降低系統整體能耗，還通過消除某些物理限制，從而擴展了新系統的開發潛力。
這項技術可能會改善未來攝像機的AF系統方面發揮作用。此外如果把這項傳感器技術用在工業機器人的實時反饋系統上，利用高速視覺傳感器的高速跟蹤功能，實現自主機器人響應移動和狀態的操作，這有助於機器人工作更有效率。
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