機(jī)器視覺(jué)成像在很大程度上是由性能驅(qū)動(dòng)的。比如我們查找零件的特性、邊緣檢查、測(cè)量等等。性能需求和成本壓力導(dǎo)致了基于組件的成像系統(tǒng)。雖然模塊化組件可以幫助帶來(lái)最佳的性能/成本比，但它們也會(huì)讓用戶(hù)缺乏從消費(fèi)成像設(shè)備中獲得的完全集成的體驗(yàn)。
相比之下，普通消費(fèi)者成像設(shè)備的世界是由特性、功能和易用性驅(qū)動(dòng)的。一個(gè)好的或更好的圖像確實(shí)很重要，但是圖像質(zhì)量很大程度上是由人眼對(duì)整個(gè)場(chǎng)景的判斷。在映像級(jí)別，機(jī)器視覺(jué)是一個(gè)更高的子集，而消費(fèi)者級(jí)別的設(shè)備通常不驅(qū)動(dòng)規(guī)范。然而，作為一個(gè)完整的成像設(shè)備或成像系統(tǒng)，安全的普及和各種形式的網(wǎng)絡(luò)攝像頭已經(jīng)開(kāi)始影響人們的預(yù)期。
在高端安全和網(wǎng)絡(luò)相機(jī)中，相機(jī)、變焦鏡頭和照明都是一個(gè)集成成像系統(tǒng)的一部分。用戶(hù)可以通過(guò)一個(gè)通用的界面完全控制圖像的所有重要部分，包括攝像機(jī)、鏡頭和照明。相機(jī)、鏡頭和照明子系統(tǒng)之間是可互操作的。用戶(hù)可以手動(dòng)對(duì)焦，控制光圈設(shè)置，如果配備變焦功能，可以調(diào)整快門(mén)速度等相機(jī)設(shè)置，還可以設(shè)置光強(qiáng)。如果設(shè)備啟用了web，用戶(hù)可以通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)從任何internet接入點(diǎn)遠(yuǎn)程使用控制界面。
在典型的機(jī)器視覺(jué)技術(shù)系統(tǒng)中，攝像機(jī)、鏡頭和照明是獨(dú)立的項(xiàng)目，每個(gè)部件都有自己的性能標(biāo)準(zhǔn)。相機(jī)主要是C-mount與各種螺紋光學(xué)工作。這些鏡頭通常是手動(dòng)控制的。照明是一個(gè)獨(dú)立的系統(tǒng)。如果組件之間有任何通信，那么它是特定于供應(yīng)商的和專(zhuān)有的。盡管相機(jī)和照明系統(tǒng)可能都有網(wǎng)絡(luò)連接用于控制，但如果相機(jī)和照明之間需要同步或頻閃計(jì)時(shí)，則必須運(yùn)行單獨(dú)的I/O電纜來(lái)分發(fā)觸發(fā)信號(hào)。即使光學(xué)是為遠(yuǎn)程控制而機(jī)動(dòng)化的，也需要一個(gè)鏡頭控制卡來(lái)驅(qū)動(dòng)鏡頭并感知任何機(jī)動(dòng)軸的位置。現(xiàn)在它有了自己的軟件和操作環(huán)境。該功能開(kāi)始接近理想的概念，但讓用戶(hù)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能獲得預(yù)期的完全集成的體驗(yàn)。
用于訪(fǎng)問(wèn)GenICam相機(jī)的圖層
圖1：今天典型的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。攝像機(jī)是標(biāo)準(zhǔn)化的，但是鏡頭和照明系統(tǒng)是通用接口上的專(zhuān)有系統(tǒng)，并被視覺(jué)系統(tǒng)軟件視為第三方插件。
在當(dāng)今大多數(shù)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中，攝像機(jī)、照明和鏡頭系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)如圖1所示。相機(jī)是通過(guò)GenICam和其中一個(gè)物理AIA或JIIA標(biāo)準(zhǔn)以標(biāo)準(zhǔn)化的方式實(shí)現(xiàn)的。如果有照明或鏡頭控制器，它們很可能使用消費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)版本的千兆以太網(wǎng)或USB接口，并將自己作為第三方定制插件呈現(xiàn)給主機(jī)軟件;不是所有三種設(shè)備類(lèi)型的通用API。
不過(guò)，這種情況正在開(kāi)始改變。在AIA、EMVA和JIIA標(biāo)準(zhǔn)委員會(huì)的活動(dòng)意味著今天有更多的可能。2017年，由Gardasoft、CCS Inc.和Smart Vision Lights公司領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)團(tuán)隊(duì)成功地將照明的開(kāi)端納入GenICam標(biāo)準(zhǔn)。2019年初，一批制造商成立了先進(jìn)光學(xué)集團(tuán)，并與GenICam委員會(huì)接洽，開(kāi)始增加光學(xué)元件。
完成后，這項(xiàng)工作將允許GenICam成為相機(jī)、鏡頭和照明之間的一個(gè)公共層，并允許這些設(shè)備在任何AIA或JIIA標(biāo)準(zhǔn)物理接口上運(yùn)行;相機(jī)鏈接，GigE視覺(jué)，USB視覺(jué)，CoaXpress，或相機(jī)鏈接HS。這是一個(gè)有前途的發(fā)展，使我們更接近理想的愿景-圖2。
當(dāng)我們討論集成控制的理想遠(yuǎn)景和潛在用戶(hù)的即插即用期望時(shí)，還需要注意電源和時(shí)間方面的問(wèn)題。這里討論的所有接口都提供了接口上的電源，包括USB3和以太網(wǎng)(PoE)。透鏡和大尺寸LED燈現(xiàn)在可以通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接由一根電纜可靠地供電。
此外，IEEE 1588精確時(shí)間協(xié)議(PTP)適用于以太網(wǎng)設(shè)備。IEEE 1588 PTP允許網(wǎng)絡(luò)上的以太網(wǎng)設(shè)備共享公共系統(tǒng)時(shí)鐘之外的定時(shí)，從而自動(dòng)同步事件。GenICam和GigE Vision標(biāo)準(zhǔn)支持IEEE 1588 PTP，但只是可選的。USB Vision和USB3接口還沒(méi)有類(lèi)似的功能。然而，它可能在技術(shù)上是可行的，并且可以開(kāi)發(fā)。攝像機(jī)鏈接、攝像機(jī)鏈接HS和CoaXpress都是實(shí)時(shí)的或低延遲的，足以允許跨網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間發(fā)送信號(hào)。用戶(hù)討厭I/O電纜，并在設(shè)備之間引發(fā)問(wèn)題。這種情況可能即將結(jié)束。
功能的鞏固和GenICam的擴(kuò)展所帶來(lái)的好處也可能有助于滿(mǎn)足其他方面的期望。如果我們還考慮工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)和系統(tǒng)構(gòu)建者及其用戶(hù)對(duì)智能云連接的需求，那么GenICam也可能被視為IIoT和智能云連接的潛在推動(dòng)者。IIoT本身是關(guān)于設(shè)備信息的交換和報(bào)告。有許多設(shè)備、數(shù)據(jù)類(lèi)型和方法可以將這些數(shù)據(jù)打包并從設(shè)備或系統(tǒng)報(bào)告給IIoT層。GenICam通過(guò)一個(gè)名為標(biāo)準(zhǔn)特性命名約定(SFNC)的子組件對(duì)設(shè)備通信進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。SFNC對(duì)設(shè)備中每個(gè)函數(shù)的名稱(chēng)(標(biāo)簽)、控制寄存器和有效范圍進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化。它可能是包裝這些標(biāo)準(zhǔn)響應(yīng)并將其報(bào)告給IIoT層的完美層。
圖2：我們即將提供理想的“完全集成”視覺(jué)體驗(yàn)。用戶(hù)可以擁有基于組件的系統(tǒng)的性能和靈活性，同時(shí)還可以受益于跨標(biāo)準(zhǔn)視覺(jué)接口的無(wú)縫控制。
將所有這些結(jié)合起來(lái)，今天所有必要的部分都已經(jīng)存在，以使基于即插即用組件的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的理想愿景成為現(xiàn)實(shí)。這是第一次，用戶(hù)可以想象購(gòu)買(mǎi)USB或以太網(wǎng)攝像機(jī)、照明設(shè)備和鏡頭，把它們插入供電的集線(xiàn)器，讓它們?cè)谖锢斫涌谏献詣?dòng)同步，并通過(guò)一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的API或GUI無(wú)縫地控制它們。設(shè)想高性能成像組件被控制，就像它們是完全集成的安全或web攝像機(jī)一樣。這些完全集成的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)甚至可能成為具有智能云連接的IIoT網(wǎng)絡(luò)中的智能系統(tǒng)。
如果這種機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的理想愿景是可能的，那么為什么今天沒(méi)有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)化的答案呢?答案在于，當(dāng)前的AIA和JIIA接口標(biāo)準(zhǔn)缺乏系統(tǒng)級(jí)的方法，實(shí)現(xiàn)這里描述的全部功能所需的許多元素仍然是可選的。要真正實(shí)現(xiàn)這個(gè)理想的愿景，將意味著這里描述的所有元素都必須適用于所有設(shè)備和軟件。要在當(dāng)前的接口標(biāo)準(zhǔn)中實(shí)現(xiàn)，必須對(duì)每個(gè)接口進(jìn)行擴(kuò)展，以需要所有必要的元素?；蛘?，可以提出一個(gè)新的系統(tǒng)級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，將所有必需的元素放在一起，并定義任何缺失的部分。目前還不清楚這將如何實(shí)現(xiàn)。然而，看看可用的部分以及與用戶(hù)對(duì)其視覺(jué)系統(tǒng)的期望之間的差距，很難想象這個(gè)理想的視覺(jué)系統(tǒng)在未來(lái)是否存在。
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