智能摄像机与基于PC的机器视觉系统

经常会出现这样的问题:在实现机器视觉系统时，最合适的方法是什么?是使用智能摄像机还是使用某种基于pc的方法。毫无疑问，随着微处理器、dsp和fpga的速度越来越快，功能也越来越强，智能相机也越来越智能。因此，它们是对机器视觉更“传统”方法的挑战。然而，值得注意的是，“传统”方法也在利用这些进步，因此也更快、更聪明。

“传统”的方法比今天更频繁地意味着基于PC的实现。这可能是使用相机，该摄像机具有直接接口的能力（IEEE 1394 / FireWire，ic icalink，LVDS，USB等），或者基于帧抓取器或其他智能图像处理板或视觉引擎设计的系统插入PC。在后一种情况下，使用更多传统的模拟摄像机作为输入装置。

另一方面，智能相机是一个独立的装置。它包括成像以及“智能”和相关的I/O功能。由于这种格式类似于许多智能传感器的格式，这些产品通常被称为“视觉传感器”。然而，通常情况下，视觉传感器具有有限和固定的性能范围，而智能相机具有更大的灵活性或工具，天生能够通过编程处理许多成像算法和应用程序功能。基于pc的视觉系统通常被认为具有最大的灵活性，因此能够处理更广泛的应用。一个显著的区别是，视觉传感器/智能摄像头本质上是单个插座单元，而基于pc的视觉系统通常可以处理多个摄像头输入。

另一种介于基于pc的视觉系统和智能相机/视觉传感器之间的机器视觉系统是所谓的“嵌入式视觉计算机”。这种类型的系统本质上是一个独立的盒子与框架存储和智能。它通常具有有限的灵活性，并且带有许多固定的特定于应用程序的例程。这些相机不同于智能相机，因为相机是连接在设备上的，而不是独立的。他们通常有能力处理多个摄像头的安排，这可能是有用的许多应用程序。

所有这些系统都可以使用高分辨率成像仪(名义上是1000 X 1000)和/或彩色成像仪。有趣的是，各种版本的定价往往很有竞争力。一些智能相机和几乎所有基于pc的成像功能都可以处理需要行扫描相机的应用。

要深入了解供应商如何察觉这些产品及其应用之间的差异，输入的输入是从智能摄像机/视觉传感器，框架抓斗和视力引擎的所有供应商中汲取的。虽然这些清单包括100多家公司，但仍仅从11起获得的响应。然而，这11个公司是来自每个上述课程的代表产品的公司。应该理解，可以基于提供的特定产品类别存在一些偏见，因为不是所有响应每个类别的产品的公司。

以下是对我们问题的回答:

Manish Shelat, Adept Technology, pc视觉系统供应商
Bud Patel，应用视野，基于PC的视觉系统供应商
格斯·瓦格斯，Aromat，嵌入式视觉计算机供应商
Phil Colet，Coreco成像，框架抓取物的供应商
Sal D'Agostino，计算机识别系统，视觉引擎供应商
Phil Heil，DVT，智能摄像机/视觉传感器的供应商
伊夫·乔斯金，Euresys，抓框器供应商
Stephane Francois，Leutrek，框架抓斗和智能摄像机的供应商
Jason Mulliner，国家仪器公司，框架抓取器和视觉引擎的供应商
Endre Toth，Vision组件，智能摄像机/视觉传感器的供应商
Vic Wintriss, Wintriss Engineering，智能相机供应商

1.基于PC的机器视觉与智能相机的机器视觉的有利/缺点是什么？

菲尔。COLET:“这些真的是两种不同的技术，主要是在两个不同的客户段。基于PC的技术主要集中在呼叫OEM客户的内容。智能相机技术在很大程度上集中在最终用户身上。虽然这不是一个艰难而快速的规则，但它确实适用于其中的90％的应用。对于本讨论，我将假设客户从两个供应商收到两个盒子。一个是带有框架抓斗，相机，照明的PC;另一个是智能相机方法。

PC基机视觉优势：

• 灵活性 - PC在可以选择的选项数量方面提供更大的灵活性。例如，可以使用线扫描与带PC的区域扫描相机。可以使用PC方法使用第三方软件包（智能摄像机往往是单一源软件）。
• 能力——个人电脑往往提供更大的能力和速度，这在很大程度上是由于内部使用的英特尔处理器的速度。这种能力反过来意味着PC被用来处理机器视觉中“更强硬”的应用。

智能相机的优势:

• 成本-智能相机通常比PC解决方案更便宜，因为它们包括相机、镜头、照明(有时)、电缆和处理。
• 简单 - 智能摄像机可用的软件工具是点击变化，比PC上可用的产品更容易使用。算法来预装，不需要开发，从而使智能相机更快地设置和使用。
• 集成 - 鉴于统一包装，智能摄像机更容易集成到制造环境中。
• 可靠性——由于移动部件(风扇、硬盘)更少，温度更低，智能相机比个人电脑更可靠。”

伊夫乡巴佬:论点1:当为工业问题开发机器视觉解决方案时，系统集成商通常并不确切知道问题分析将把他带到哪里。对处理能力或功能的需求没有很好的预见是很正常的，最终的解决方案从来没有比最初的想法更简单。

基于PC的解决方案在计算或接口性能方面提供了巨大的潜在资源。PC平台基本上是开放的，它变得如此受欢迎，即其成本比率是无法匹配的。

对于台式机，低成本的论点尤其如此，但有时会声称主流台式PC的机械弱点与严重机器视觉应用的工业需求不兼容。但是，与更昂贵的工业PC相比，低成本台式电脑提供最新的CPU和相关组件，以最低的成本提供最高性能。

总而言之，当在设计中考虑所有的权衡时，机器视觉开发人员得出的结论是，基于pc的系统是最具成本效益的解决方案。它最适合他在设计阶段的功能发展需求，甚至在升级系统成为一个问题之后。升级软件是提高功能的简单方法，而升级PC硬件则是提高性能的简单方法。

论点2 -一些视觉问题属于一个定义明确的特殊目的类，在许多用户网站上都能找到。这种应用程序的一个很好的例子就是对数据矩阵码进行解码。

在这些情况下，解决问题的计算和接口资源是可预测的。将所需的资源打包到一个单元中是很有意义的，这就是智能相机的定义。如果(且仅当)此特殊应用程序所涉及的数量是显著的，则成本可以降低到使该产品与基于pc的解决方案相比具有竞争力的水平。关键在于，特殊用途的适用范围是事先确定的。有充分的理由相信，对更快的性能或增加的功能没有需求。

在我看来，智能摄像机仅适用于那种最终用户导向的市场。确实，为通用应用提供智能摄像机，并以一组用户可编程功能为特色。将这些可编程智能摄像机集成到系统中可能是相对甚至非常容易的任务。但是，在许多情况下，用户将迟早落入参数＃1的范围。他将在智能摄像机中找到限制，例如缺乏速度或不受支持的功能。当问题很简单时要解决，它实际上属于专用类应用。

菲尔。嗨:“智能相机在每个检查点都有一个处理器。这使得智能相机网络比单一处理器系统具有明显的速度优势。以太网使摄像头可以通过工厂网络上的一台PC轻松管理，并消除了PC硬件兼容性和操作系统问题。”

ENDRE托斯:“CCD和处理器的直接连接带来了精度、像素相同的捕捉(低或无像素抖动)方面的几个优势。您可以控制摄像机，为设计工程师提供灵活性!在PC系统的情况下，处理器被从相机中移除。相机，帧捕捉器和PC来自三个不同的制造商，带来了合规，驱动程序和部分实现的功能集问题。您是否尝试过在PC系统上实现以下非常简单和明显的机器视觉功能:在每一帧后更换或调整电子快门?在智能相机中实现这个功能并不困难。您可以列出许多类似的不同功能，它们实际上源自不同的架构拓扑结构。

智能摄像机是紧凑的单位，而PC系统附带了很多“行李”。即使是操作系统（频繁的窗户）也有很多行李内置。行李是控制，自动化和关键关键工业应用的劣势。你只需要谈论控制工程师来了解。在类似于飞机上的应用中，水下，矿井，危险环境和像印刷机等机器，智能相机具有明确的优势，在选择机器视觉系统时应考虑它们。

在PC解决方案中，您将组件，帧抓取器，摄像机，PC等组合在一起。这些系统组件通过标准接口工作在一起。这些接口定义了您可以做的事情！

智能摄像机是“开放式嵌入式”系统。设计师和控制工程师完全控制，您可以指望，您可以确保接下来会发生什么。软件工程师必须在为PC系统编写机器视觉代码时处理大量行李。此外，智能摄像机有更少的零件，较少的组件;它们显着（多次）比PC系统物理更紧凑的单元。简单的维护，更换和修复一个部件。

智能相机安装中包含的电缆要少得多。智能相机为系统设计人员提供了额外的灵活性。今天，系统设计师可以为他们的设计选择广泛的拓扑结构，通过从帧抓取器、嵌入式机器视觉系统、智能摄像机等选择，并自由地将它们组合起来，以创建最适合和最具成本效益的系统。

如今，许多智能相机应用都是联网的。在一些情况下，智能相机连接到个人电脑、plc等。智能相机执行重复的图像处理功能，只向PC提供结果。PC执行它最初设计用于的记录保持报告管理任务。智能相机非常符合当今流行的分布式计算、分布式控制等概念。”

维克WINTRISS:“(智能相机的)优势:由于计算密集型的视觉处理是在相机中完成的，多个相机系统不会让中央CPU陷入困境。即使只有一台相机，也只需要将结果传回PC进行进一步处理。通常是字节的数据而不是Mbytes的图片。PC只需要AOI(感兴趣的领域)进行分析。愚蠢的相机只能传回整张图片，而且大部分都是垃圾。对于智能相机系统，带宽通道的要求要小得多。智能相机系统的PC计算需求要小得多。此外，将讨论定位为智能摄像头与基于pc的方法是不合适的，因为这是系统配置可能性连续体中的两个极端。将必要的功能分配给适当的系统元素，以优化性能和适用性，这确实是一个系统设计问题。有时是智能相机系统，有时是基于个人电脑的系统，而在其他时候，混合系统将是最好的选择。”

萨尔瓦多:达“可扩展性，更容易配置其他类型的I / O，通信，升级”是基于PC的视觉系统的优势。

巴德·帕特尔:“基于pc的机器视觉系统通常比基于智能相机的系统更有能力。它们的计算能力更强，能够处理更复杂的软件算法。智能相机非常适合使用一般边缘检测或二进制工具完成简单任务;但是，它们没有处理更复杂的特定于应用程序的算法的计算能力或内存。他们将受限于检查的速度和复杂程度。同样在某些应用中，智能相机将无法处理100%检查的吞吐量。智能摄像机不适用的一个例子是检查两件饮料罐。通常这些生产线的运行速度大于2000ppm。这种应用需要特定的照明来正确地照亮这个复杂的部分，并需要检测整个罐子的非常小的功能缺陷。智能相机非常擅长基本的缺席/在场类型的应用。 Typically these low-end systems are used to read barcodes and other simple tasks. Most Smart Cameras do not include a monitor or user interface. The burden of the user interface is put on the end user.'

杰森·穆力纳:“通过利用现成的商业技术，基于pc的机器视觉系统可以利用当前处理器和总线技术的高性能。由于PC的开放性，这允许更多的灵活性。客户可以选择他们的成像接口，无论是模拟、并行数字、Camera Link还是IEEE 1394。他们也可以选择编程的方法。客户可能想要一个易于使用的交互式配置环境，或者一个完整的应用程序开发环境的灵活性和强大功能。”

史蒂芬弗朗索瓦总结了基于PC的视觉系统的优势作为“灵活性，多功能性，可扩展性”。

MANISH SHELAT(从机器人应用的角度来看):“校准的便捷性和准确性:当涉及到校准时，基于智能摄像头的机器人系统是初级的。机器人或机构与智能摄像机分别进行标定。智能相机从已知位置计算零件位置偏移量，并指示机械臂从初始程序拾取位置的偏移量拾取零件。相比之下，机器人控制器将在单个坐标系中对视觉系统和机器人进行标定。然后在机器人编程所在的六自由度坐标空间中定义零件位置。这是正确的机器人和视觉标定方法。

• 多摄像头系统的成本:典型的基于PC的视觉系统可以处理每帧抓取器多达四个摄像头。在需要多个摄像头的应用程序中，应该将基于PC的系统的成本与多个智能摄像头的成本进行比较。
• 通信开销：智能摄像机通过串行接口（RS-232）或以太网与机器人控制器通信。通信开销增加了机器人延迟到相机通信。相比之下，在集成的运动和视觉系统的情况下，通信开销是微量的，因为所有硬件和软件都在同一平台上。
• 无缝集成运动和愿景：为了使用智能相机，客户必须选择和链接分开的现成产品。利用现成的基于控制器的视觉系统，客户正在投资预先设计和预配置的系统。
• 尺寸和重量：典型的模拟摄像机的尺寸约为44 x 29 x 71 mm，重140克。智能摄像机需要额外的电子设备，从而增加其尺寸和重量。这可能是具有有限的摄像机安装空间和用于臂上的相机的应用的重要选择标准，其中臂或机构的动量至关重要。
• 能量消耗和热量产生:智能相机为额外的电子设备消耗更多的能量，这导致更高的热量产生。随着时间的推移，热量会降低相机的性能。”

Gus Vargos.（从嵌入式视觉系统供应商的角度来看）观察：

a）编程或配置设备（标准笔记本电脑费用为2,000美元），不需要笔记本电脑或PC。请记住，在制造环境或生产现场使用PC设置视觉系统，开始与桌面拖到桌面上的繁琐。

b）串行通信（PLC通信）。通常，需要视觉检测系统的生产机器由小I / O（Compact）PLC（可编程逻辑控制器）控制。这种设备通常将串行通信端口（RS232）提供给其他智能设备，例如条形码读取器和机器视觉。独立视觉系统提供直接串行通信以直接接口到控制器（PLC）。这允许视觉系统检查结果的有效和快速的数据传输，而无需通过标准I / O连接。这限于二进制数据（通过/失败）。

c)基于PC的视觉系统需要以太网通信，因为这种类型的通信必须用于从摄像机到PC的图像传输。这种方法的问题是，由于标准的PC更新时间(刷新时间)，初始检查、设置和监视变得更慢。更不用说通常复杂的网络设置和故障排除，这需要广泛的PC硬件知识和windows硬件兼容性。

另一方面，独立系统通过内置视频输出直接向用户/操作员提供实时视频反馈。这使得故障排除和安装更容易。”

yves joskin.通过下表汇总了他的答案：

2.一种方法是否有局限性的局限性？

达:“智能相机的局限性在于其固定的配置，其好处应该是节省成本或空间。”

蠢汉:“智能相机的计算能力有限，无法超越。它通常也有一套明确的功能。”

Mulliner：'智能摄像机目前不提供可扩展性。如果客户无法使用智能相机解决其应用程序，则无法迁移到更强大的基于PC的系统并保留其软件投资。

射彩：“当然了，但虽然一种方法有优势(例如简单性)，但另一种方法却有不同的相反优势。所以，虽然个人电脑不像智能电脑那么简单