工業(yè)相機(jī)，效用幾何"/>
如今，人工智能被稱(chēng)為經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎，而做為人工智能核心技術(shù)之一的視覺(jué)技術(shù)市場(chǎng)也開(kāi)始火爆起來(lái)，但與活躍的市場(chǎng)形成鮮明對(duì)比的是，總體上中國(guó)工業(yè)相機(jī)價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)慘烈、機(jī)器視覺(jué)行業(yè)從業(yè)人員非常艱辛、尤其是技術(shù)主導(dǎo)型視覺(jué)公司。
在市場(chǎng)很火的現(xiàn)狀下，人們必須思考為什么工業(yè)相機(jī)的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)如此慘烈?如果工業(yè)相機(jī)對(duì)于高端制造業(yè)來(lái)說(shuō)非常具有價(jià)值，那么除了慘烈的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)之外，究竟還有什么效用?要理清楚這個(gè)問(wèn)題，人們首先必須明確兩個(gè)最基本的概念，第一，什么是機(jī)器視覺(jué);第二，什么是工業(yè)相機(jī)。定義清楚，才能少走彎路。根據(jù)相關(guān)資料記錄，機(jī)器視覺(jué)(MV)指的是“針對(duì)所有硬件和軟件相結(jié)合的工業(yè)和非工業(yè)應(yīng)用，為基于圖像采集和處理功能的設(shè)備提供操作引導(dǎo)”。而工業(yè)相機(jī)指的是“一種用于機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的成像裝置，該成像系統(tǒng)包括成像傳感器芯片和各種基于電子的功能，它們將物體的視覺(jué)圖像一起轉(zhuǎn)換為電子脈沖”。
事實(shí)上這兩個(gè)概念傳遞了非常重要的信息，機(jī)器視覺(jué)歸根結(jié)底是一種應(yīng)用主導(dǎo)型技術(shù)，即是由市場(chǎng)和應(yīng)用需求來(lái)驅(qū)動(dòng)的，機(jī)器視覺(jué)本身需要一個(gè)復(fù)雜的硬件和軟件系統(tǒng)進(jìn)行支撐，這其中就包括了客戶(hù)的具體應(yīng)用要求、軟件、工業(yè)電腦、工業(yè)相機(jī)、鏡頭和光源等。
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Baumer公司的示意圖" src="http://data.51spec.com:88/51spec/202002/14/143804411.jpg"/>
圖1 Baumer公司的示意圖
圖1傳遞了兩個(gè)信號(hào)，第一，工業(yè)相機(jī)產(chǎn)品最核心的價(jià)值并不在于其本身價(jià)格有多低，或者為客戶(hù)節(jié)省了多少成本，而是做為關(guān)鍵的成像技術(shù)和圖像處理軟件的硬件載體，能夠?yàn)榻鉀Q客戶(hù)問(wèn)題和應(yīng)用帶來(lái)多大的效用或價(jià)值。第二，想要開(kāi)拓工業(yè)相機(jī)銷(xiāo)售或市場(chǎng)，如果只懂低價(jià)競(jìng)爭(zhēng)，不去深入了解客戶(hù)需求，對(duì)客戶(hù)而言沒(méi)有實(shí)現(xiàn)其效用最大化。那么，工業(yè)相機(jī)的效用最直接的體現(xiàn)在什么地方?優(yōu)秀的圖像品質(zhì)?卓越的信噪比?高幀率和高分辨率?其實(shí)，針對(duì)工業(yè)相機(jī)而言，最重要的是要穩(wěn)定。當(dāng)然，實(shí)現(xiàn)這些，企業(yè)必須避免惡性競(jìng)爭(zhēng)，有能力和財(cái)力持續(xù)進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)投入。
如果一臺(tái)工業(yè)相機(jī)連續(xù)每天工作24小時(shí)，不存在掉線(xiàn)、丟幀等最基本問(wèn)題，而且能與現(xiàn)場(chǎng)其他電氣設(shè)備完美兼容，無(wú)疑會(huì)讓機(jī)器視覺(jué)的檢測(cè)效率極大提升、工程師會(huì)節(jié)省大把的時(shí)間用于更有價(jià)值的技術(shù)開(kāi)發(fā)，而不是“一直在路上”、當(dāng)機(jī)器視覺(jué)機(jī)器高效的轉(zhuǎn)化為現(xiàn)實(shí)生產(chǎn)力的時(shí)候，“人工智能成經(jīng)濟(jì)發(fā)展的新引擎”也將不在是夢(mèng)想。
當(dāng)然，做為應(yīng)用驅(qū)動(dòng)型的產(chǎn)品，不得不承認(rèn)工業(yè)相機(jī)在某些行業(yè)的需求價(jià)格彈性非常大，如果對(duì)工業(yè)相機(jī)的幀率和穩(wěn)定性沒(méi)有太多的要求，圖像噪聲或多或少不影響檢測(cè)，那么這個(gè)行業(yè)必然成為一片紅海，大量的同質(zhì)替代品出現(xiàn)、用戶(hù)關(guān)心更多的是能節(jié)省多少成本以及短期快速收益，最終的結(jié)局必然是價(jià)格趨同。
但是回到工業(yè)相機(jī)和機(jī)器視覺(jué)的定義本質(zhì)，就會(huì)發(fā)現(xiàn)總有一些行業(yè)是對(duì)工業(yè)相機(jī)本身做為技術(shù)和應(yīng)用的載體多體現(xiàn)的價(jià)值認(rèn)可的，愿意為其效用，即通過(guò)消費(fèi)該類(lèi)商品和服務(wù)產(chǎn)生的滿(mǎn)足程度，來(lái)支付更高的價(jià)格。而做為工業(yè)相機(jī)提供商，必須思考如何在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)最大程度的將工業(yè)相機(jī)的效用帶給客戶(hù)來(lái)獲取認(rèn)可。例如，Baumer的工業(yè)相機(jī)。從產(chǎn)品本身來(lái)說(shuō)，Baumer工業(yè)相機(jī)目前均采用了主流的CMOS傳感器，只是在產(chǎn)品特點(diǎn)和功能開(kāi)發(fā)上不斷的貼近客戶(hù)，深刻理解客戶(hù)針對(duì)工業(yè)應(yīng)用的訴求。就工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)而言，我們發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)主要特點(diǎn)：環(huán)境復(fù)雜，很多現(xiàn)場(chǎng)要考慮在潮濕、粉塵、強(qiáng)電磁干擾等條件下工業(yè)相機(jī)如何穩(wěn)定工作;工業(yè)設(shè)備針對(duì)不同應(yīng)用要求，要考慮相機(jī)供電方式、與其他設(shè)備(如PLC、PC)的兼容性、相機(jī)接口方式、與客戶(hù)端軟件的兼容性等;相機(jī)工作方式需要考慮的是檢測(cè)物體的具體狀態(tài)，尤其是要深刻理解客戶(hù)檢測(cè)要求背后的真正訴求是什么，如何針對(duì)高速運(yùn)動(dòng)拍攝對(duì)相機(jī)進(jìn)行控制，如何實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定無(wú)故障拍攝等。
圖2 Baumer工業(yè)相機(jī)
首先，就防護(hù)等級(jí)而言，Baumer工業(yè)相機(jī)針對(duì)客戶(hù)應(yīng)用目前專(zhuān)門(mén)研發(fā)了防護(hù)等級(jí)為IP67的寬溫相機(jī)，工作環(huán)境溫度可以達(dá)到-40°C～+70°C，而且相機(jī)內(nèi)部集成溫度傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)控相機(jī)溫度。此外，該系列相機(jī)特別針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)惡劣環(huán)境進(jìn)行測(cè)試，最高可承受100g的沖擊和10g的震動(dòng)。
其次，針對(duì)工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)供電，Baumer采用了8～30V DC的寬電壓供電方式，相機(jī)觸發(fā)采用debouncer等濾波設(shè)計(jì)，確保相機(jī)不受現(xiàn)場(chǎng)干擾可以穩(wěn)定接受觸發(fā)訊號(hào)。為了確保高精度測(cè)量數(shù)據(jù)的溫度性，Baumer所有相機(jī)傳感器都封裝在散熱支架上，良好的散熱可以確保芯片的噪聲較低，數(shù)據(jù)的時(shí)間漂移得到良好控制。
再次，針對(duì)特別苛刻的檢測(cè)要求，例如，Baumer專(zhuān)門(mén)基于SONY Pregius芯片發(fā)布了曝光時(shí)間最短1us的系列產(chǎn)品，確保針對(duì)高速運(yùn)動(dòng)物體拍照的清晰度和對(duì)比度。針對(duì)大數(shù)據(jù)傳輸，Baumer研發(fā)了基于萬(wàn)兆網(wǎng)(10GigE)接口的1200萬(wàn)分辨率相機(jī)，最高幀率達(dá)到335fps，相機(jī)內(nèi)部帶有2GB的存儲(chǔ)。針對(duì)大熱的3D應(yīng)用，Baumer也推出了基于FPGA編程的3D相機(jī)，該相機(jī)擁有一個(gè)適用于激光三角測(cè)量的專(zhuān)用的預(yù)安裝程序。借此，可以在相機(jī)內(nèi)以亞像素的精確度定位激光線(xiàn)的焦點(diǎn)，以便僅傳輸輪廓數(shù)據(jù)，從而大幅減少需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。最高1200萬(wàn)像素的分辨率、在4K的線(xiàn)寬和128線(xiàn)時(shí)高于2.5 kHz的分布率，即便在加工速度很高時(shí)該相機(jī)也能可靠地識(shí)別出最細(xì)微的偏差等。
總之，堡盟致力于將工業(yè)相機(jī)在機(jī)器視覺(jué)中的效用最大程度的發(fā)揮出來(lái)，希望為用戶(hù)帶來(lái)愉悅使用體驗(yàn)的同時(shí)，通過(guò)節(jié)省工程師的時(shí)間和精力，幫助企業(yè)節(jié)省成本，同時(shí)希望為中國(guó)的先進(jìn)制造貢獻(xiàn)微薄之力。
