高速还是高带宽?机器视觉可以解决这两个问题

高速机器视觉包括两种类型的应用。在一种情况下，产品或过程在物理上移动得很快，这在设计系统时带来了时间、数据控制、硬件选择和许多其他因素。

高带宽应用，例如大型平板显示器和印刷电路板(PCB)显示器，在物理上可能不会移动得非常快。但这些应用程序推动了高分辨率相机的边界，产生的数据流将瓶颈转移到从相机到处理单元的数据传输，而不是在相机头部。幸运的是，机器视觉硬件和软件供应商不断推出新工具，以帮助集成商克服高速和高带宽的挑战。

没有时间犯错
机器视觉集成商的老板Brian Durand说:“高速和高带宽的安装确实是两个独立的挑战，尽管它们通常是携手而来的。当解决方案,公司(圣保罗,明尼苏达州)。“对于高速线路，主要问题是可变延迟。完成许多图像处理算法所需的时间随图像内容的不同而不同。这在模式查找算法中尤其如此。问题是，当部件快速移动时，如何最小化或适应这种可变延迟。

“较快的零件相对于相机的视野移动，相机触发器的越主越重要，”Durand继续。“即使在中速生产线上，我们也将传感器直接连接到相机以触发图像捕获。通过计算机软件或PLC触发相机（可编程逻辑控制器）通常会导致不可接受的可变性。例如，我们在新的纸箱机上安装了一个vision系统，每分钟运行220箱。由于与PLC扫描相关的时序变化，我们的相机需要更大的视野。直接触发相机可以通过几个数量级来降低这种可变性。“

Odos Imaging Ltd.（爱丁堡，苏格兰）近年来凭借其飞行（TOF）相机的3D时间（TOF）相机，使用高精度触发和快门控制的纳秒脉冲使用纳秒脉冲，以为每个像素提供3D深度信息单个图像。Odos最近发布了SE-1000高速记录摄像头，使用与3D TOF相机相同的相机平台。

Odos imaging公司业务发展副总裁Ritchie Logan解释说:“我们对飞行时间的特殊要求和能力，实际上非常适合高速成像。”“高速或高帧率成像的最大挑战之一是照明。在高速下，你需要非常短的曝光时间和非常强烈的照明，这是我们已经为飞行时间相机开发的。我们的高速摄像头以每秒450帧的最高分辨率运行，如果你关闭传感器，可以达到35000帧。但是，通过使用持续几纳秒的1千瓦激光脉冲，结合我们的快速触发和计时能力，我们可以捕捉到一帧，如果我们把它们串在一起，将等于每秒500万帧。曝光长度比光脉冲长，但由于我们使用的是非常短的红外脉冲，所以我们得到的有效曝光长度基本上只有几纳秒——这样用户就能以非常简单的方式‘冻结时间’。”此外，曝光中的短光照脉冲在所有帧率下都保持一致，这意味着从450帧/秒到35000帧/秒的光照量是相同的。

短脉冲也允许Odos激光照明器指定为1类设备，不需要任何额外的安全或外壳要求，以保护附近的工人从光。然而，尽管FPGA和精心的电子设计允许SE-1000在抖动小于1 ns和延迟小于1µs的情况下被触发，但它在下一帧至少需要28µs。Logan说，SE-1000拥有2GB的板载内存，非常适合于触发频闪观测应用，而不是连续的处理分析，这可能需要连续的快速帧率视频流，而不是静态图像序列。

没有时间紧张
传统的高速(web检测)和高分辨率/高带宽(平板/PCB)检测通常着眼于行扫描相机，每次读取一行图像数据，并通过将一行又一行的图像数据拼接在一起来创建连续的图像。这些相机每秒可运行10万帧，由于脉冲持续时间非常短，通常使用高亮度、连续照明。然而，匹配的相机采集速度下的输送机或物料处理系统是获取准确的空间图像的关键。

“当客户选择高速线扫描相机时，比如我们新的食人鱼XL PX-16k，他们关注的是高端应用，”该公司高级产品经理何星飞博士说Teledyne DALSA（加拿大安大略省滑铁卢）。“编码器的质量在这些应用中非常重要。如果编码器具有抖动问题，并且客户正在使用低端编码器将高端摄像头配对 - 并将相机运行在每秒125,000线的最大速度附近 - 它可能导致线路。“

虽然抖动问题不是相机的问题，但Teledyne DALSA为相机添加了一些新功能，“允许它识别编码器抖动，忽略编码器的不规则，因为我们知道速度不会改变那么快，”他说。一个彩色版本的时间延迟和集成(TDI) 12行可选择PX-16预计将在2016年的某个时候。

帧捕捉器对于高速成像应用也是至关重要的。Odos的SE-1000可以使用千兆以太网，因为它的焦点是曝光精度和曝光时间洁公司。（圣何塞，加利福尼亚州）。“十年前，这样的应用程序就需要一个线扫描相机，但这不是这种情况。如果应用程序适合，您可以屏蔽CMOS区域阵列传感器，并运行每秒数千个帧。这取决于申请。“

假设高速系统设计师已经克服了相机选择、照明和材料处理集成的挑战，他们仍将面临将所有数据输入计算机进行图像处理的艰巨挑战。

根据Michael Chee，产品经理Matrox成像（Dorval，Quebec，Canada），该公司的帧抓取使用许多设计方法来帮助高速和高带宽应用。“Matrox成像硬件和软件不仅可以在图像捕获和分析方面提供实时操作系统，而且还提供了对图像捕获和分析的关键应用，而且还用于在后者的结果上表现出来，”Chee说。“Matrox辐射型EV系列的帧抓获不仅具有高效的直接存储器访问引擎，将图像数据直接传输到托管内存，而无需CPU参与，它们也具有更强大的硬件辅助图像捕获模式，这最大限度地减少了中断负载the host’s CPU, guaranteeing reliable acquisition at frames rates in the tens of thousands per second.

同时，视觉处理器板Matrox Radient Pro家族有一个板载FPGA，可以通过编程来减轻紧张和重复的预处理任务，给主机CPU更多的带宽来处理其他时间紧迫的任务，Chee补充道。

当涉及到高速机器视觉系统时，系统设计师显然没有时间去浪费时间。事实上，系统中最重要的组件可能是积分器。

“机器视觉组件供应商的趋势是尽可能简化一切，”奥多斯的洛根说。“许多机器视觉软件包就是这样设计的，目的是帮助不了解机器视觉的人构建系统。但高速机器视觉就不是这样了。”

i4 Solution的Durand补充道:“当涉及到这些专门的系统时，客户需要利用具有高速应用经验的机器视觉集成商的专业知识，如果他们想避免不愉快的意外。”