工业相机,效用几何


作者:李智勇,堡盟电子(上海)有限公司 日期:2017/12/08 来源:MM《现代制造》

如今,人工智能被称为经济发展的新引擎,而做为人工智能核心技术之一的视觉技术市场也开始火爆起来,但与活跃的市场形成鲜明对比的是,总体上中国工业相机价格竞争惨烈、机器视觉行业从业人员非常艰辛、尤其是技术主导型视觉公司。

在市场很火的现状下,人们必须思考为什么工业相机的价格竞争如此惨烈?如果工业相机对于高端制造业来说非常具有价值,那么除了惨烈的价格竞争之外,究竟还有什么效用?要理清楚这个问题,人们首先必须明确两个最基本的概念,第一,什么是机器视觉;第二,什么是工业相机。定义清楚,才能少走弯路。根据相关资料记录,机器视觉(MV)指的是“针对所有硬件和软件相结合的工业和非工业应用,为基于图像采集和处理功能的设备提供操作引导”。而工业相机指的是“一种用于机器视觉系统的成像装置,该成像系统包括成像传感器芯片和各种基于电子的功能,它们将物体的视觉图像一起转换为电子脉冲”。

事实上这两个概念传递了非常重要的信息,机器视觉归根结底是一种应用主导型技术,即是由市场和应用需求来驱动的,机器视觉本身需要一个复杂的硬件和软件系统进行支撑,这其中就包括了客户的具体应用要求、软件、工业电脑、工业相机、镜头和光源等。

Baumer公司的示意图

图1 Baumer公司的示意图

图1传递了两个信号,第一,工业相机产品最核心的价值并不在于其本身价格有多低,或者为客户节省了多少成本,而是做为关键的成像技术和图像处理软件的硬件载体,能够为解决客户问题和应用带来多大的效用或价值。第二,想要开拓工业相机销售或市场,如果只懂低价竞争,不去深入了解客户需求,对客户而言没有实现其效用最大化。那么,工业相机的效用最直接的体现在什么地方?优秀的图像品质?卓越的信噪比?高帧率和高分辨率?其实,针对工业相机而言,最重要的是要稳定。当然,实现这些,企业必须避免恶性竞争,有能力和财力持续进行产品研发投入。

如果一台工业相机连续每天工作24小时,不存在掉线、丢帧等最基本问题,而且能与现场其他电气设备完美兼容,无疑会让机器视觉的检测效率极大提升、工程师会节省大把的时间用于更有价值的技术开发,而不是“一直在路上”、当机器视觉机器高效的转化为现实生产力的时候,“人工智能成经济发展的新引擎”也将不在是梦想。

当然,做为应用驱动型的产品,不得不承认工业相机在某些行业的需求价格弹性非常大,如果对工业相机的帧率和稳定性没有太多的要求,图像噪声或多或少不影响检测,那么这个行业必然成为一片红海,大量的同质替代品出现、用户关心更多的是能节省多少成本以及短期快速收益,最终的结局必然是价格趋同。

但是回到工业相机和机器视觉的定义本质,就会发现总有一些行业是对工业相机本身做为技术和应用的载体多体现的价值认可的,愿意为其效用,即通过消费该类商品和服务产生的满足程度,来支付更高的价格。而做为工业相机提供商,必须思考如何在工业现场最大程度的将工业相机的效用带给客户来获取认可。例如,Baumer的工业相机。从产品本身来说,Baumer工业相机目前均采用了主流的CMOS传感器,只是在产品特点和功能开发上不断的贴近客户,深刻理解客户针对工业应用的诉求。就工业现场而言,我们发现有几个主要特点:环境复杂,很多现场要考虑在潮湿、粉尘、强电磁干扰等条件下工业相机如何稳定工作;工业设备针对不同应用要求,要考虑相机供电方式、与其他设备(如PLC、PC)的兼容性、相机接口方式、与客户端软件的兼容性等;相机工作方式需要考虑的是检测物体的具体状态,尤其是要深刻理解客户检测要求背后的真正诉求是什么,如何针对高速运动拍摄对相机进行控制,如何实现稳定无故障拍摄等。

Baumer工业相机

图2 Baumer工业相机

首先,就防护等级而言,Baumer工业相机针对客户应用目前专门研发了防护等级为IP67的宽温相机,工作环境温度可以达到-40°C~+70°C,而且相机内部集成温度传感器,可以实时监控相机温度。此外,该系列相机特别针对现场恶劣环境进行测试,最高可承受100g的冲击和10g的震动。

其次,针对工业现场供电,Baumer采用了8~30V DC的宽电压供电方式,相机触发采用debouncer等滤波设计,确保相机不受现场干扰可以稳定接受触发讯号。为了确保高精度测量数据的温度性,Baumer所有相机传感器都封装在散热支架上,良好的散热可以确保芯片的噪声较低,数据的时间漂移得到良好控制。

再次,针对特别苛刻的检测要求,例如,Baumer专门基于SONY Pregius芯片发布了曝光时间最短1us的系列产品,确保针对高速运动物体拍照的清晰度和对比度。针对大数据传输,Baumer研发了基于万兆网(10GigE)接口的1200万分辨率相机,最高帧率达到335fps,相机内部带有2GB的存储。针对大热的3D应用,Baumer也推出了基于FPGA编程的3D相机,该相机拥有一个适用于激光三角测量的专用的预安装程序。借此,可以在相机内以亚像素的精确度定位激光线的焦点,以便仅传输轮廓数据,从而大幅减少需要传输的数据量。最高1200万像素的分辨率、在4K的线宽和128线时高于2.5 kHz的分布率,即便在加工速度很高时该相机也能可靠地识别出最细微的偏差等。

总之,堡盟致力于将工业相机在机器视觉中的效用最大程度的发挥出来,希望为用户带来愉悦使用体验的同时,通过节省工程师的时间和精力,帮助企业节省成本,同时希望为中国的先进制造贡献微薄之力。