当代机器视觉发展趋势

编辑、整理/中国图像网记者 马婕婷

    机器视觉在工业自动化市场已有25年的发展历程，这项技术已成为高质量及高效益制造业的重要组成部分。在过去的25年里，我们对机器视觉功能最初的承诺已经实现。现在我们所处的阶段是使用者将能以低成本获取具有更高性能的设备。

    机器视觉实际上可用于每一类生产加工市场，涵盖了从食品、医药、自动化和一般的生产制造到半导体和纳米技术市场。这项技术涉及广泛，应用到了半导体、电子、控制、包装、光学和照明技术来开发视觉解决方案。

    在全球机器视觉市场上，我们看到了以下趋势：
    1． 价格持续下降
    2． 功能增多
    3． 产品小型化
    4． 集成产品增多

    价格的持续下降意味着机器视觉技术已被普遍接受（表1）。下降的主要原因是市场竞争的激烈和技术的进步，这主要来自于为机器视觉应用提供部件的行业的技术的发展。

表1. 价格的持续下降意味着机器视觉技术已被普遍接受.
以上数据来自美国自动成像协会(AIA).

    更多功能的实现主要是来自于计算能力的增强，更高分辨率的传感器，更快的扫描率，和软件功能的提高（表2）。计算机通信行业的发展曾经带动了机器视觉的进步。PC处理器的速度在得到稳步提升的同时，其价格也在下降，这推动了更快的总线的出现。而总线又反过来允许具有更多数据的更大图像以更快的速度进行传输和处理。

表2. 技术的进步提升了产品功能

    电话和PDA推动了更快、更便宜的精简指令集计算机（RISC，如：来自英特尔的Xscale）的发展，这使智能相机和嵌入式处理器的出现成为可能。同样，现场可编程门列阵（FPGA）技术的进步为智能相机增添了计算功能，并为PC机嵌入了处理器和高性能桢采集器。最终，消费者数码相机无处不在，高端机器视觉传感器的开发也因此受益。

    产品的小型化趋势让这个行业能够在更小的空间内包装更多的部件。这意味着代理商可提供的机器视觉产品变的更小，这样它们就能够在厂区所提供的有限空间内应用。

表3. 小型化的发展趋势促使智能相机的销售在近几年有了显著的提升

    智能相机的发展勾画出了集成产品增多的趋势。当大部分的视觉系统还停留在专门为某一特定任务而组合的高度模块化的零件时，智能相机已经在一个单独的盒内集成了处理器、镜头、光源、输入/输出装置及以太网。小型化与集成产品正在一起为实现‘芯片上的视觉系统’这样的最终目标而努力。

    视觉用LED

    在工业配件上有这样一些趋势。例如，LED已经成为主导光源。它们的小尺寸使成像参数的测定变的容易，它们的耐用性和稳定性非常适用于工厂设备。高输出LED光引擎在五年前第一次进入我们的视野。现在新的制造商正在依靠更亮、更有效的光源进入这个高功率光引擎市场。机器视觉光源供应商正在利用这些部件的优点，为日益增多的应用设备设计光源。

    UV，IR以及颜色可调配光源进一步扩大了LED光源的应用范围。尽管光纤的应用在逐渐减少，但它在很多应用中始终具有价值。数字和光源闭环控制正在逐渐被普遍应用。制造商开始提供基于以太网的控制系统，这项技术已成为厂区选择的通讯方式之一。

    相机市场经历了从模拟到数字的转变。Camera Link、USB、IEEE-1394最先出现，吉比特以太网随后推出。随着传感器分辨率、桢和扫描速率的提高，数字接口变得十分必要。CMOS和CCD传感器也获益于性能上的全方位提升，并且提高了市场占有率。

    有关数字相机的重要趋势是：FPGA及其他处理器的应用使数据传输变的容易。这些设备可以被用来进行图像处理工作，而以前则主要有视觉处理器或桢采集器来完成。这从根本上改变了最初的处理器，并且模糊了相机和智能相机之间的界线。由于传感器和全自动数字相机之间的差别巨大，这个趋势还会继续。

    桢采集器市场受到了向接口数字相机转变的影响。对高性能要求的增强刺激了对基于Camera Link的桢采集器的需求，而低端数字接口根本就不需要桢采集器。

    更快的PC 总线如PCI Express允许新一代高性能桢采集器的出现。这些增多的高端产品允许采用数字信号处理器，FPGA和其他的硬件在平台上进行更多的图像处理，因此释放了这些配件占有的CPU空间。

    随着配有Camera Link的高端桢采集器逐渐成为首选接口，基于吉比特以太网的专业桢采集器也在变的普遍。这些网络接口卡允许主处理器卸载图像下载和存储传输功能。

    智能相机的繁盛

    在广泛的工业应用中，随着对智能相机处理能力的不断改进，它继续成为最为受关注的设备。更强的处理器和软件算法使得机器视觉系统满足了更为复杂的应用。尺寸更小，更密集的存储卡，成像器分辨率的提高和CMOS传感器有助于智能相机的开发和扩展。

    人们力争在处理器和传感器方面不断进步，创造出拥有强大市场竞争力，性价比高的产品。而基于PC的系统也将从这个趋势中获益。

    最基础的图像处理算法曾在一段时间内被广泛应用，但新的高水平工具（由一系列底层组成）为所有的机器视觉系统添加了重要功能，这点可在垂直分布市场上看到。在这些市场上，相同或类似的应用可在众多的客户中进行复制。这些高端工具在代码编程环境和图形用户界面环境中都能看到。

    一个另人兴奋的发展是高端图形环境进入了FPGA领域。当大多数的桢采集器和智能相机使用这些列阵来提升平行操作的时候，他们的编程受到了产品开发商的限制。最近的产品声明将高水平工具的使用权给予用户，这样他们就能充分利用FPGA。这些高水平工具——整合了FPGA技术在相机和智能相机内的扩展——将进一步拓展这些部件的功能。

    从这些趋势所带来的结果我们可以清晰的看到，机器视觉产品在能够创造出更加有效和高质量产品的同时，其平均价格水平也在下降。由此，这些设备和软件的买方能够用更少的钱获得更高性能的产品，机器视觉的应用也因此变的更加普遍，对制造商来说也更加独立。综上所述，我们期盼机器视觉的应用在未来能够更加广泛。

    注：本文作者为CCS美国分公司市场销售副总经理及美国AIA协会Ann Arbor主席John Merva先生与AIA协会市场分析主管Paul Kellett先生，原文刊载于《Photonics Spectra》杂志，由中国图像网翻译整理。转载请注明出处！