在大規?；蛘吒邷y試要求的生產(chǎn)線(xiàn)上，機器視覺(jué)功能可以被用來(lái)代替傳統人工測量或檢測，以實(shí)現人工條件下無(wú)法達到的可靠性、精確度及測試速度。在中國，機器視覺(jué)從最初的實(shí)驗室研究起步至今，約有近20年的歷史。但是，長(cháng)期以來(lái)除了成套引入或復制國外產(chǎn)線(xiàn)外，機器視覺(jué)并沒(méi)有在自主的工業(yè)產(chǎn)線(xiàn)上形成規模性和普遍性的應用。除了市場(chǎng)和用戶(hù)需要有認可的過(guò)程外，原先基于PC架構的機器視覺(jué)系統，在很多場(chǎng)合不適合本土更為敏感的成本因素以及更為復雜的現場(chǎng)環(huán)境。其次是視覺(jué)系統開(kāi)發(fā)相對復雜，讓缺乏相關(guān)應用經(jīng)驗的工程師不敢輕易嘗試。

　　智能相機低成本、高可靠性、簡(jiǎn)單易用的特點(diǎn)迎合了上述市場(chǎng)的特性，在國內也逐漸開(kāi)始挑戰基于PC架構的地位。從近兩年北美市場(chǎng)銷(xiāo)售統計情況來(lái)看，圖像采集卡基本保持穩定，而智能相機的增幅高達17%左右。

　　在硬件架構上，智能相機集成了圖像傳感器、運行實(shí)時(shí)程序的嵌入式處理器，以及用于連接其它工業(yè)設備的I/O端口。它結構緊湊且體積小，較PC架構來(lái)說(shuō)更適合工業(yè)現場(chǎng)的應用環(huán)境。區別于傳統相機將圖像傳輸到上位機再進(jìn)行處理，智能相機能獨立完成采集、處理到結果輸出的三個(gè)環(huán)節，系統的復雜度大為降低。以NI 1742智能相機（圖1）為例，除了配有標準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(kāi)發(fā)平臺。

　　當然，對于一款智能相機來(lái)說(shuō)，并不意味著(zhù)集成的配件越多性能就越突出。因為機器視覺(jué)應用有其特殊性，對系統的靈活性要求很高。以光源配置舉例，實(shí)際應用中被測物體的特性千差萬(wàn)別，受現場(chǎng)照明環(huán)境影響也很大，如果用戶(hù)選擇綁定LED的智能相機系統（即使是最常用的環(huán)形光源），往往也會(huì )在后續開(kāi)發(fā)過(guò)程中發(fā)現不能滿(mǎn)足實(shí)際要求，再重新配購就增加了不必要的成本。為此，NI智能相機在設計時(shí)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(guò)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(mǎn)足選擇的靈活性又免去了配置外部光源控制設備。除了明顯減少外部配件成本以及連線(xiàn)需求外，還縮短了開(kāi)發(fā)的時(shí)間，因為這樣工程師能夠在一個(gè)平臺上用同樣的應用程序接口（API）開(kāi)發(fā)各種功能。

　　機器視覺(jué)應用程序開(kāi)發(fā)

　　談到機器視覺(jué)應用程序開(kāi)發(fā)，由于國內機器視覺(jué)發(fā)展較晚，很多用戶(hù)還不能熟練或者有意愿去學(xué)習使用復雜的編程語(yǔ)言或環(huán)境來(lái)開(kāi)發(fā)整套機器視覺(jué)應用程序。除了依靠專(zhuān)業(yè)的集成商或外部開(kāi)發(fā)人員外，選擇高效靈活的機器軟件開(kāi)發(fā)平臺，可有效降低開(kāi)發(fā)難度。因此，智能相機開(kāi)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準。

　　選擇一：基于交互式的軟件開(kāi)發(fā)工具，如NI VBAI（Vision Builder for Automated Inspection）。作為業(yè)內最方便易用的視覺(jué)軟件開(kāi)發(fā)平臺之一，用戶(hù)無(wú)需編程，就可以用菜單配置的方式完成整個(gè)應用程序開(kāi)發(fā)，沒(méi)有或較少有機器視覺(jué)經(jīng)驗的工程師均可快速入門(mén)。他們可以通過(guò)交互式的方式來(lái)配置并驗證光源設置、采集方式、圖像預處理和處理算法，再以軟件工具給出的對應執行時(shí)間量作為優(yōu)化判據，最終直接將最優(yōu)化的程序發(fā)布運行于NI 智能相機平臺。在圖2的濾油器檢測應用中，從采集一張合格的原始物件圖像開(kāi)始，到設定模板用于匹配中心孔，再到顆粒分析來(lái)對周?chē)】走M(jìn)行計數，以及最后通過(guò)灰度檢測驗證O型環(huán)，每個(gè)步驟逐次添加完成。其中算法及參數修改所對應的結果，都會(huì )同步的疊加在圖像窗口中顯示。機器視覺(jué)算法原型開(kāi)發(fā)及驗證的過(guò)程變得直觀(guān)而高效。

　　目前，對于智能相機應用的很多顧慮集中在算法執行能力以及處理速度。VBAI平臺提供了上百個(gè)高級的視覺(jué)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用。此外，VBAI是NI 智能相機附帶的。對用戶(hù)而言，可以基于NI智能相機構建整套系統，實(shí)現工業(yè)檢測的各種常見(jiàn)應用，同時(shí)又降低了成本和開(kāi)發(fā)的復雜度。

　　選擇二：圖形化開(kāi)發(fā)環(huán)境LabVIEW。相對于傳統的文本編程，其基于數據流的開(kāi)發(fā)方式，非常適合于機器視覺(jué)這種典型的采集、分析到結果輸出的數據依賴(lài)型應用結構。圖像和數據在LabVIEW節點(diǎn)傳遞的過(guò)程就決定了程序執行的順序，所以用戶(hù)可以在程序框圖中以運行流程一致的方式建立應用程序。LabVIEW所配備的高級的視覺(jué)工具庫，使測控領(lǐng)域的工程師們在實(shí)現更高的開(kāi)發(fā)效率的同時(shí)，也獲得了更大的靈活性以及應用程序的性能。NI 智能相機的用戶(hù)，可以直接將之前通過(guò)VBAI軟件交互式配置的應用自動(dòng)生成為L(cháng)abVIEW代碼。這樣，無(wú)論是機器視覺(jué)的初學(xué)者還是專(zhuān)業(yè)集成商，都可以運用NI的進(jìn)一步擴展高性能的的機器視覺(jué)應用。

　　智能相機與自動(dòng)化系統集成

　　當智能相機結合上述兩類(lèi)原型驗證環(huán)境、高級的圖形化編程平臺以及自動(dòng)生成工具時(shí)，開(kāi)發(fā)過(guò)去看似復雜的機器視覺(jué)應用變得前所未有的簡(jiǎn)單。另一個(gè)非常重要的一個(gè)環(huán)節，即在設計視覺(jué)架構時(shí)，應考慮產(chǎn)線(xiàn)上或者裝備的整體自動(dòng)化系統集成。實(shí)質(zhì)上，機器視覺(jué)功能很少作為孤立的系統，而是以整個(gè)自動(dòng)化系統或者設備的有機組成部分之一出現。智能相機的輸出結果需要被用來(lái)驅動(dòng)執行機構以分類(lèi)產(chǎn)品或剔除不良品，引導運動(dòng)控制系統或機器人動(dòng)作，與PLC或者PAC（可編程自動(dòng)化控制器）通信實(shí)現更高性能的閉環(huán)控制，集成入企業(yè)級軟件和SCADA以監測生產(chǎn)狀態(tài)趨勢并統計存量，這樣才能最大程度的發(fā)揮其優(yōu)勢。目前的問(wèn)題是，多數機器視覺(jué)供應商提供的產(chǎn)品或服務(wù)往往局限于視覺(jué)功能，工業(yè)自動(dòng)化系統整體集成的挑戰留給了用戶(hù)或集成商，這種困難一定程度上阻礙了工業(yè)機器視覺(jué)應用的推廣。

　　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(lái)看，除了配備標準的RS232和工業(yè)I/O用于連接PLC、執行器之類(lèi)的設備外，NI 智能相機獨創(chuàng )性的提供了雙端口千兆以太網(wǎng)接口，機器視覺(jué)檢測可以同時(shí)直連HMI和控制系統，實(shí)現功能的同步與擴展。在此基礎上，操作員或管理者基于NI網(wǎng)絡(luò )發(fā)布技術(shù)，可以在遠程使用標準瀏覽器來(lái)監控工業(yè)現場(chǎng)的檢測過(guò)程。配合LabVIEW企業(yè)管理工具包，智能相機獲取的產(chǎn)品信息也可以同步導入數據庫以及企業(yè)級軟件。另外，通過(guò)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(jué)功能與產(chǎn)線(xiàn)已有的三方自動(dòng)化設備或PLC的無(wú)縫集成。

　　隨著(zhù)嵌入式技術(shù)的發(fā)展，近幾年智能相機性能顯著(zhù)提高，越來(lái)越多必須依賴(lài)于PC處理的應用開(kāi)始向智能相機平臺傾斜。低成本、高可靠性及易于安裝維護等優(yōu)勢，使得機器視覺(jué)在制造業(yè)上的規模性應用越來(lái)越普遍。伴隨著(zhù)國內產(chǎn)業(yè)鏈的升級，智能相機將在自動(dòng)化舞臺上發(fā)揮更大的作用。在起步過(guò)程中，選擇某款智能相機的方案，往往就會(huì )決定企業(yè)未來(lái)長(cháng)期應用的情況和發(fā)展。因此，在投入初期，應該考慮到視覺(jué)供應商是否能夠像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(lái)系統的靈活性以及性能提升的可行性。