機器視覺長期以來用于工業(yè)自動化系統(tǒng)中，以通過取代傳統(tǒng)上的人工檢查來提高生產(chǎn)質(zhì)量和產(chǎn)量。從拾取和放置、對象跟蹤到計量、缺陷檢測等應(yīng)用，利用視覺數(shù)據(jù)可以通過提供簡單的通過失敗信息或閉環(huán)控制回路，來提高整個系統(tǒng)的性能。

　　視覺的使用并不僅僅在工業(yè)自動化領(lǐng)域；我們也看到了相機在日常生活中的大量應(yīng)用，例如用于計算機、移動設(shè)備，特別是在汽車中。攝像頭僅僅是在幾年前才被引入到汽車中，但是現(xiàn)在汽車中已經(jīng)配備了大量攝像頭，以為駕駛員提供完整的360°車輛視圖。

　　但是談到機器視覺領(lǐng)域的最大技術(shù)進步，可能一直是處理能力。隨著處理器性能每兩年翻一番，以及對多核CPU、GPU和FPGA等并行處理技術(shù)的持續(xù)關(guān)注，視覺系統(tǒng)設(shè)計人員現(xiàn)在可以將高度復(fù)雜的算法應(yīng)用于視覺數(shù)據(jù)，并創(chuàng)建更智能的系統(tǒng)。

　　處理技術(shù)的發(fā)展帶來了新機會，而不僅僅是更智能或更強大的算法。讓我們看看為制造機器增加視覺功能的應(yīng)用案例。這些系統(tǒng)傳統(tǒng)上設(shè)計為形成協(xié)作分布式系統(tǒng)的智能子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，該系統(tǒng)允許模塊化設(shè)計（見圖1）。

　　圖1：智能子系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)，其設(shè)計為構(gòu)成協(xié)作分布式控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)允許模塊化設(shè)計，但采用這種以硬件為中心的方法可能導(dǎo)致性能瓶頸。

　　然而，隨著系統(tǒng)性能的提高，采用這種以硬件為中心的方法可能遇到困難，因為這些系統(tǒng)通常采用時間關(guān)鍵和非時間關(guān)鍵協(xié)議的混合來聯(lián)接。通過各種通信協(xié)議將這些不同的系統(tǒng)聯(lián)接在一起，會導(dǎo)致延遲、確定性和吞吐量方面出現(xiàn)瓶頸。

　　例如，如果設(shè)計者試圖利用這種分布式架構(gòu)開發(fā)應(yīng)用，并且必須在視覺和運動系統(tǒng)之間保持緊密集成，例如在視覺伺服中所需要的，那么可能遇到由于缺乏處理能力而帶來的主要性能挑戰(zhàn)。此外，由于每個子系統(tǒng)都具有自己的控制器，這實際上會降低處理效率。

　　最后，由于這種以硬件為中心的分布式方法，設(shè)計人員不得不使用不同的設(shè)計工具來設(shè)計視覺系統(tǒng)中每個子系統(tǒng)的特定視覺軟件，以及用于運動系統(tǒng)的運動專用軟件等。這對于規(guī)模較小的設(shè)計團隊而言尤其具有挑戰(zhàn)性，因為一個小團隊甚至是一名工程師，需要負責(zé)設(shè)計中的許多部分。

　　幸運的是，有更好的方法為先進的機器和設(shè)備設(shè)計這些系統(tǒng)，這是一種簡化復(fù)雜性、提高集成度、降低風(fēng)險和縮短上市時間的方法。如果我們將思維從以硬件為中心轉(zhuǎn)向以軟件為中心的設(shè)計方法，結(jié)果會怎么樣（見圖2）？如果我們使用能用單一設(shè)計工具實現(xiàn)不同任務(wù)的編程工具，那么設(shè)計人員就可以在他們的軟件中反映機械系統(tǒng)的模塊性。

　　圖2：以軟件為中心的設(shè)計方法，允許設(shè)計人員通過在單個強大的嵌入式系統(tǒng)中整合不同的自動化任務(wù)（包括視覺檢查、運動控制、I／O和HMI）來簡化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。

　　這允許設(shè)計人員通過在單個強大的嵌入式系統(tǒng)（見圖3）中整合不同的自動化任務(wù)（包括視覺檢查、運動控制、I／O和HMI）來簡化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。這消除了子系統(tǒng)通信的挑戰(zhàn)，因為現(xiàn)在所有子系統(tǒng)都在單個控制器上的相同軟件堆棧中運行。 高性能嵌入式視覺系統(tǒng)是這種集中式控制器的最佳候選者，因為這些設(shè)備中已經(jīng)內(nèi)置了這些功能。

　　圖3：將處理器與FPGA和I／O結(jié)合在一起的異構(gòu)架構(gòu)，不僅是設(shè)計高性能視覺系統(tǒng)、也是集成運動控制、HMI和I／O的理想解決方案。

　　讓我們來看看這種集中式處理架構(gòu)的一些好處。以視覺引導(dǎo)運動應(yīng)用為例，例如柔性饋送，其中視覺系統(tǒng)為運動系統(tǒng)提供引導(dǎo)功能。這里，零件的位置和取向都是隨機的。在任務(wù)開始時，視覺系統(tǒng)拍攝零件的圖像以確定其位置和取向，并將該信息提供給運動系統(tǒng)。

　　然后，運動系統(tǒng)根據(jù)圖像坐標將致動器移動到零件所處的位置，并拾起它。它也可以使用此信息在放置零件之前校正方向。通過這種方法，設(shè)計者可以消除先前用于定向和定位零件的任何夾具。這不但降低了成本，還允許應(yīng)用程序能更容易地適應(yīng)新的零件設(shè)計，只需要修改軟件即可。

　　以硬件為中心的架構(gòu)的關(guān)鍵優(yōu)點是其可擴展性，這主要歸因于系統(tǒng)之間的以太網(wǎng)鏈路。但是也必須特別注意通過該鏈路的通信。如前所述，這種方法的挑戰(zhàn)在于以太網(wǎng)鏈路的不確定性，并且?guī)捰邢蕖?/p>

　　對于大多數(shù)僅在任務(wù)開始時給出引導(dǎo)的視覺引導(dǎo)運動任務(wù)，這是可接受的；但是也可能存在其他情況，其中延遲的變化可能是一大挑戰(zhàn)。將這種設(shè)計轉(zhuǎn)向集中式處理架構(gòu)，具有諸多優(yōu)點。