智慧工廠的需求

性能與處理能力

如何提升產(chǎn)能，系統(tǒng)性能與處理能力（throughput）扮演著關(guān)鍵的角色。就一般機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)而言，高分辨率與高幀率（每秒顯示幀數(shù)）就像魚與熊掌一樣，不可兼得。在一般實(shí)際的應(yīng)用中，通常是高分辨率但低幀率或低分辨率但高幀率的應(yīng)用組合。如果想要兩者兼得，惟一的出路就是使用高端CPU處理器來(lái)補(bǔ)足分辨率與幀率加乘出來(lái)的結(jié)果。如何以合理的成本，取得最佳的處理性能，是系統(tǒng)開發(fā)人員所關(guān)心的。

產(chǎn)線環(huán)境

工廠的環(huán)境通常是較為惡劣的，例如在飲料生產(chǎn)包裝的產(chǎn)線，系統(tǒng)可能會(huì)直接接觸到液體。而在工具機(jī)加工的環(huán)境中，則是充滿切削工件的惡劣環(huán)境。如果機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)必須就近配置在嚴(yán)苛的產(chǎn)線環(huán)境中，那么選擇具備防水、防塵能力的產(chǎn)品才能達(dá)到該需求。

多組生產(chǎn)工作站

在工廠環(huán)境中，一個(gè)成品的上市，從組件的制造、半成品的取放、質(zhì)量的檢驗(yàn)到出貨的包裝，必須要經(jīng)過(guò)層層不同的工作站。舉例來(lái)說(shuō)，CNC機(jī)臺(tái)負(fù)責(zé)組件的車削加工，通過(guò)工業(yè)機(jī)器人的取件，通過(guò)工業(yè)相機(jī)讓工件定位后，才開始進(jìn)行工件的切割；完成后進(jìn)入到檢測(cè)的站臺(tái)，進(jìn)行缺陷檢測(cè)；過(guò)關(guān)的成品在包裝區(qū)進(jìn)行出貨條形碼的掃讀。多組生產(chǎn)工作站之間，如何讓系統(tǒng)之間容易整合與溝通，是工廠是否智能化的一大關(guān)鍵。

軟件開發(fā)環(huán)境

軟件解決方案開發(fā)的難易度與整合度，是所有導(dǎo)入智能化系統(tǒng)的工程人員心中的一大擔(dān)憂，也往往是決定項(xiàng)目成敗的最重要因素。如何縮短開發(fā)時(shí)間，降低系統(tǒng)開發(fā)成本，是重要的關(guān)鍵。

選擇小型機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的決勝點(diǎn)

處理器計(jì)算性能

傳統(tǒng)智能相機(jī)因?yàn)轶w積小，在有限的空間里，散熱能力會(huì)受到限制，因而僅能搭載單核Atom處理器或ARM架構(gòu)的處理器，雖然其功耗較低，但因性能有限，故僅能完成單一任務(wù)的圖像分析處理，如計(jì)數(shù)、掃描條形碼等。隨著Intel？AtomTME3840處理器系列的發(fā)布，相比前一代處理器系列提升兩倍的處理性能，且同時(shí)還擁有低功耗的優(yōu)勢(shì)。這意味著小體積也能帶來(lái)高性能，多任務(wù)的圖像處理得以被實(shí)現(xiàn)。新一代的小型機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可具備同時(shí)進(jìn)行尺寸測(cè)量、計(jì)數(shù)、定位、二維碼讀取等多任務(wù)處理的能力，從持有成本來(lái)看，具備一臺(tái)抵多臺(tái)的能力。

圖像傳感器與圖像質(zhì)量的優(yōu)劣

圖像傳感器是機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的靈魂，傳感器的尺寸直接代表著圖像的質(zhì)量。在過(guò)去，智能相機(jī)的應(yīng)用定義在初級(jí)的圖像檢測(cè)上，傳感器的尺寸與圖像質(zhì)量的優(yōu)劣，并不容易被凸顯。然而如果要將機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用在高端高速的檢測(cè)應(yīng)用上，那么傳感器的尺寸，就成為選擇系統(tǒng)時(shí)，必須要考慮的要點(diǎn)。

卷簾快門（Rollingshutter）與全局快門（Globalshutter）的比較

卷簾快門與全局快門的不同在于畫面曝光的時(shí)間差。卷簾快門是通過(guò)電子信號(hào)告訴感光組件，依序曝光，直到整個(gè)畫面曝光完成。而全局快門是在曝光時(shí)，“同時(shí)”曝光整個(gè)畫面。隨著系統(tǒng)處理性能的提升，系統(tǒng)性能將不再是瓶頸，若有高速移動(dòng)對(duì)象的檢測(cè)的需求，采用全局快門傳感器能采集到無(wú)殘影的，正確的圖像。

協(xié)處理器

在機(jī)器視覺(jué)圖像采集與分析的過(guò)程中，圖像質(zhì)量占了重要的關(guān)鍵。如果可以在圖像進(jìn)入分析之前，就對(duì)采集的圖像進(jìn)行質(zhì)量?jī)?yōu)化，可確保圖像分析的正確。在過(guò)去的應(yīng)用中，圖像數(shù)據(jù)采集到系統(tǒng)后，必須通過(guò)系統(tǒng)處理器進(jìn)行計(jì)算與圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化，因?yàn)槭芟抻贑PU計(jì)算資源，能夠處理的圖像數(shù)據(jù)量也會(huì)受到限制。然而，若能通過(guò)FPGA的支持，將圖像的矩陣計(jì)算，在進(jìn)到CPU計(jì)算之前，即做好過(guò)濾以及優(yōu)化的處理，可以大幅加速圖像處理的性能，降低CPU資源，一方面可以把系統(tǒng)資源留給機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的核心—圖像算法，另一方面可以更實(shí)時(shí)的處理大數(shù)據(jù)量的圖像，讓高速以及復(fù)雜的圖像處理與分析，得以被實(shí)現(xiàn)，預(yù)處理功能例如查找表（lookuptable）、感興趣區(qū)域（ROI，RegionofInterest)，陰影校正(ShadingCorrection)等圖像質(zhì)量?jī)?yōu)化功能。

GPU繪圖與多媒體圖像處理性能

新一代Intel？AtomTME3840處理器相比前一代Intel？AtomTMD2550處理器系列計(jì)算性能提升六倍左右，可通過(guò)Intel？HDGraphics4000技術(shù)，同時(shí)處理多通道的圖像壓縮傳輸。通過(guò)CPU與GPU性能的提升，圖像檢測(cè)結(jié)果可以被記錄、存盤，或者是提供原始資料進(jìn)行進(jìn)一步的對(duì)比與分析，讓工廠的信息系統(tǒng)具備更智能的功能。

系統(tǒng)顯示性能

在工廠環(huán)境中，傳統(tǒng)智能相機(jī)僅能通過(guò)以太網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)，以供中控端的監(jiān)控使用。若該機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可支持VGA輸出接口，則該機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可以同時(shí)通過(guò)VGA以及以太網(wǎng)絡(luò)端口輸出圖像，連接至HMI或產(chǎn)線端的屏幕，實(shí)時(shí)檢查結(jié)果，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，將可有效提升產(chǎn)線性能。

64位架構(gòu)

圖像分析軟件因?yàn)樾枰幚淼臄?shù)據(jù)量大，市場(chǎng)上主流的應(yīng)用軟件多已經(jīng)支持64位。所以機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的選擇，當(dāng)然也必須選擇支持64位的系統(tǒng)，才得以發(fā)揮該應(yīng)用最大的效益。

系統(tǒng)存儲(chǔ)容量

小型機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的儲(chǔ)存容量的大小，代表的意義是使用者可以存儲(chǔ)更多的圖像辨識(shí)對(duì)比樣本，也可存儲(chǔ)檢測(cè)數(shù)據(jù)，或進(jìn)行備份。對(duì)于整體系統(tǒng)的穩(wěn)定性是非常有益的。

總體擁有成本的考慮

系統(tǒng)購(gòu)置的總體擁有成本，并非僅考慮機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)本身的成本。使用者是聰明的，如何從總體擁有成本的角度協(xié)助客戶降低費(fèi)用，才是王道。我們不妨從以下幾點(diǎn)來(lái)探討：空間與配件的成本，擴(kuò)展機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)成本，開發(fā)環(huán)境與程序的通用性，開發(fā)總成本。

新一代x86智能相機(jī)的優(yōu)勢(shì)

兼具高性能與體積小的優(yōu)勢(shì)

新一代x86智能相機(jī)，可搭載最新四核Intel？AtomTME3800處理器，在CPU，GPU性能大幅提升的同時(shí)，還具有低功耗的優(yōu)勢(shì)。

處理器、協(xié)處理器與圖像處理器協(xié)力合作

通過(guò)CPU處理器、FPGA的圖像預(yù)處理，與GPU圖像處理器協(xié)力合作，新一代的x86智能相機(jī)可有效釋放CPU資源，讓多任務(wù)的圖像處理得以被實(shí)現(xiàn)，結(jié)合四核處理器的優(yōu)勢(shì)，可具備同時(shí)進(jìn)行尺寸測(cè)量、計(jì)數(shù)、定位、二維碼讀取等多任務(wù)處理的能力，等同于一臺(tái)抵多臺(tái)的能力。

誰(shuí)說(shuō)魚與熊掌不可兼得？

過(guò)去高速、高分辨率與復(fù)雜的圖像處理是無(wú)法兼具的。但現(xiàn)在通過(guò)搭載400萬(wàn)像素，60fps的全局快門（globalshutter）圖像傳感器，高性能的四核處理器、支持64-bit的架構(gòu)以及FPGA的圖像預(yù)處理能力，從圖像的采集性能到圖像分析處理能力一并到位，得以實(shí)現(xiàn)不可能的任務(wù)。

兼具可擴(kuò)展性與穩(wěn)定性

新一代x86智能相機(jī)可提供類似于嵌入式計(jì)算機(jī)的I/O接口，如千兆以太網(wǎng)口，VGA，RS-232，USB，IsolatedDIO等，易于與產(chǎn)線中其他設(shè)備連接溝通。另外，千兆以太網(wǎng)口可用于支持另一組千兆以太網(wǎng)相機(jī)，滿足智能相機(jī)過(guò)去無(wú)法達(dá)成的擴(kuò)展性。同時(shí)具備IP-67等級(jí)的防水防塵規(guī)范，可承受嚴(yán)苛的應(yīng)用環(huán)境，可安裝于潮濕、粉塵的環(huán)境中。新一代x86智能相機(jī)再一次達(dá)到跨界演出。

開放架構(gòu)降低開發(fā)總成本

新一代x86智能相機(jī)兼容GeniCam與GenTL，可通過(guò)API接口支持第三方軟件。也就是說(shuō)，無(wú)論使用者原有產(chǎn)線的工業(yè)電腦系統(tǒng)，或是線掃描系統(tǒng)，甚至原本就已經(jīng)在使用的智能相機(jī)，開發(fā)人員僅需要學(xué)習(xí)一套開發(fā)程序語(yǔ)言，即可直接移植到新一代x86智能相機(jī)。

結(jié)論

新一代x86智能相機(jī)打破傳統(tǒng)智能相機(jī)與嵌入式機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的框架，從性能、擴(kuò)展性、穩(wěn)定性、開發(fā)成本與總體擁有成本上，均具備跨界的優(yōu)勢(shì)，為現(xiàn)今高速高端的機(jī)器視覺(jué)與圖像分析系統(tǒng)應(yīng)用提供新選擇。也為具備彈性開發(fā)能力的用戶與集成商，提供一個(gè)更具成本優(yōu)勢(shì)，以及加速進(jìn)入市場(chǎng)的新方案。