工業相機的定義及其穩定性分析

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工業相機的定義及其穩定性分析

發表於 2017-12-07 09:35:00

 

如今，人工智慧被稱為經濟發展的新引擎，而做為人工智慧核心技術之一的視覺技術也的確火了，火到凡是和工業自動化相關的企業如果不搞點視覺技術或者產品都「不好意思跟人家打招呼」。

但伴隨著市場火爆，與此形成鮮明對比的卻是總體上國內工業相機價格的慘烈競爭、機器視覺行業從業人員的艱辛、尤其是技術主導型視覺公司，其工程師不是在客戶處調試，就是在去客戶調試的路上，如此付出與回報真的成比例嗎？如此，從事機器視覺行業，那還真的是「我猜到了開頭，卻沒有猜到這樣的結局」。當然，現在說結局還太早，正火著呢！

火歸火，但馬克思老早就教育我們「要透過現象看本質」。這麼火的市場，我們必須要思考為什麼工業相機的價格競爭如此慘烈？隨便一個500萬的CCD相機價格較5年前下跌了50%都不止，慘啊！如果說工業相機對於高端製造業來說真的有價值，那除了慘烈的價格競爭究竟還有效用幾何？

要理清楚這個問題，首先我們必須要明確兩個最基本概念，第一何為機器視覺，第二何為工業相機。定義清楚，是為了少走彎路。翻了很多文獻，感覺AIA的定義還是比較簡潔明了。首先，機器視覺的(MV)指的是「針對所有硬體和軟體相結合的工業和非工業應用，為基於圖像採集和處理功能的設備提供操作引導」。而工業相機指的是「一種用於機器視覺系統的成像裝置，該成像系統包括成像傳感器晶片和各種基於電子的功能，它們將物體的視覺圖像一起轉換為電子脈衝」。對不起，翻譯水平就這樣，先將就著看吧。

仔細思考，事實上這兩個概念傳遞了非常重要的信息，機器視覺歸根結底是一種應用主導型技術，即是由市場和應用需求來驅動的，機器視覺本身需要一個複雜的硬體和軟體系統進行支撐，這其中就包括了客戶的具體應用要求、軟體、工業電腦、工業相機、鏡頭和光源等。請參考圖一Baumer公司的示意圖。

圖一

該圖傳遞了兩個信號，第一，工業相機產品最核心的價值並不在於其本身價格有多低，或者說為客戶省了多少錢，而是做為關鍵的成像技術和圖像處理軟體的硬體載體，能夠為解決客戶問題和應用帶來多大的效用抑或價值。第二，想要做工業相機銷售或市場，如果只懂低價競爭，不去深入了解客戶需求，我們嚴重點可以說這是不負責任的，至少對客戶而言沒有實現其效用最大化。那麼，工業相機的效用最直接的體現在什麼地方？優秀的圖像品質？卓越的信噪比？高幀率和高解析度？其實，針對工業相機而言，這些都不是事兒，否則還真沒資格稱其為工業相機。最重要的，其實很簡單，必須要穩定！穩定！穩定！對不起，重要的事情說三遍。當然，要做到這些，企業必須避免惡性競爭，有能力和財力持續進行產品研發投入。

為什麼這麼說？直白來講，如果一臺工業相機連續每天工作24小時，不存在掉線、丟幀等最基本問題，而且能與現場其它電氣設備完美兼容，無疑會讓機器視覺的檢測效率極大提升、工程師會節省大把的時間用於更有價值的技術開發，而不是「一直在路上」、當機器視覺機器高效的轉化為現實生產力的時候，「人工智慧成經濟發展的新引擎」也將不在是夢想。

當然，做為應用驅動型的產品，不得不承認工業相機在某些行業的需求價格彈性是非常大的，如果對工業相機的幀率和穩定性沒有太多的要求，圖像噪聲或多或少不影響檢測，那麼這個行業必然成為一片紅海，大量的同質替代品出現、用戶關心更多的是能省多少錢以及短期快速收益，最終的結局必然是價格趨同。要做這些行業，那對不起，只有能玩兒的起的去玩了。

但是，我們回到工業相機和機器視覺的定義本質，就會發現總有一些行業是對工業相機本身做為技術和應用的載體多體現的價值認可的，願意為其效用，即通過消費該類商品和服務產生的滿足程度，來支付更高的價格。而做為工業相機提供商，我們也必須思考如何在工業現場最大程度的將工業相機的效用帶給客戶來獲取認可。此處就不謙虛的以Baumer工業相機舉例吧，我們其實一直在攀登高峰(此處絕對說的是登山，Baumer的旗幟最高登上過海拔8163米的瑪納斯魯峰)。從產品本身來說，Baumer工業相機目前均採用了主流的CMOS傳感器，只是在產品特點和功能開發上不斷的貼近客戶，深刻理解客戶針對工業應用的訴求。就工業現場而言，我們發現有幾個主要特點：1. 環境複雜，很多現場要考慮在潮溼、粉塵、強電磁幹擾等條件下工業相機如何穩定工作。2. 工業設備針對不同應用要求，要考慮相機供電方式、與其它設備(如PLC、PC)的兼容性、相機接口方式、與客戶端軟體的兼容性等等。3. 相機工作方式需要考慮到是檢測物體的具體狀態，尤其是要深刻理解客戶檢測要求背後的真正訴求為何，如何針對高速運動拍攝對相機進行控制，如何實現穩定無故障拍攝等。

首先，就防護等級而言，Baumer工業相機針對客戶應用目前專門研發了防護等級為IP67的寬溫相機，工作環境溫度可以達到-40 °C 至+ 70 °C，而且相機內部集成溫度傳感器，可以實時監控相機溫度。此外，該系列相機特別針對現場惡劣環境進行測試，最高可承受100g的衝擊和10g的震動，實乃「任你虐我千百遍我仍待你如初戀」啊。

其次，針對工業現場供電，Baumer採用了8-30V DC的寬電壓供電方式，相機觸發採用debouncer等濾波設計，確保相機不受現場幹擾可以穩定接受觸發訊號。為了確保高精度測量數據的溫度性，Baumer所有相機傳感器都封裝在散熱支架上，良好的散熱可以確保晶片的噪聲較低，數據的時間漂移得到良好控制。

再次，針對特別苛刻的檢測要求，例如，Baumer專門基於SONY Pregius晶片發布了曝光時間最短1us的系列產品，確保針對高速運動物體拍照的清晰度和對比度。針對大數據傳輸，Baumer研發了基於萬兆網(10GigE)接口的1200萬解析度相機，最高幀率達到335fps，相機內部帶有2GB的存儲。針對火的不行不行的3D應用，Baumer也推出了基於FPGA編程的3D相機，該相機擁有一個適用於雷射三角測量的專用的預安裝程序。藉此，可以在相機內以亞像素的精確度定位雷射線的焦點，以便僅傳輸輪廓數據，從而大幅減少需要傳輸的數據量。最高 1200 萬像素的解析度、在4K 的線寬和 128 線時高於 2.5 kHz 的分布率，即便在加工速度很高時該相機也能可靠地識別出最細微的偏差等等。

總之，我們所做的一切，僅僅是在努力的將工業相機在機器視覺中的效用最大程度的發揮出來，往大了說為中國的先進位造貢獻微薄之力，往小了說希望Baumer工業相機給用戶帶來愉悅的使用體驗，不再讓工程師因為硬體的不穩定而耗費精力和時間，這些對企業而言都是巨大的成本。由此我們相信總有那麼一天，我們敬愛的視覺工程師們不會再那麼辛苦，耳邊可以少點工控機的嗡嗡聲，也不用整天面對屏幕的幽光滿頭大汗；每當飛鳥入林，抬頭看到的是家中的嫋嫋炊煙。

 

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