機器視覺成像在很大程度上是由性能驅動的。比如我們查找零件的特性、邊緣檢查、測量等等。性能需求和成本壓力導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最佳的性能/成本比，但它們也會讓用戶缺乏從消費成像設備中獲得的完全集成的體驗。
相比之下，普通消費者成像設備的世界是由特性、功能和易用性驅動的。一個好的或更好的圖像確實很重要，但是圖像質量很大程度上是由人眼對整個場景的判斷。在映像級別，機器視覺是一個更高的子集，而消費者級別的設備通常不驅動規(guī)范。然而，作為一個完整的成像設備或成像系統(tǒng)，安全的普及和各種形式的網(wǎng)絡攝像頭已經(jīng)開始影響人們的預期。
在高端安全和網(wǎng)絡相機中，相機、變焦鏡頭和照明都是一個集成成像系統(tǒng)的一部分。用戶可以通過一個通用的界面完全控制圖像的所有重要部分，包括攝像機、鏡頭和照明。相機、鏡頭和照明子系統(tǒng)之間是可互操作的。用戶可以手動對焦，控制光圈設置，如果配備變焦功能，可以調整快門速度等相機設置，還可以設置光強。如果設備啟用了web，用戶可以通過物聯(lián)網(wǎng)技術從任何internet接入點遠程使用控制界面。
在典型的機器視覺技術系統(tǒng)中，攝像機、鏡頭和照明是獨立的項目，每個部件都有自己的性能標準。相機主要是C-mount與各種螺紋光學工作。這些鏡頭通常是手動控制的。照明是一個獨立的系統(tǒng)。如果組件之間有任何通信，那么它是特定于供應商的和專有的。盡管相機和照明系統(tǒng)可能都有網(wǎng)絡連接用于控制，但如果相機和照明之間需要同步或頻閃計時，則必須運行單獨的I/O電纜來分發(fā)觸發(fā)信號。即使光學是為遠程控制而機動化的，也需要一個鏡頭控制卡來驅動鏡頭并感知任何機動軸的位置。現(xiàn)在它有了自己的軟件和操作環(huán)境。該功能開始接近理想的概念，但讓用戶遠遠不能獲得預期的完全集成的體驗。
用于訪問GenICam相機的圖層
圖1：今天典型的機器視覺系統(tǒng)。攝像機是標準化的，但是鏡頭和照明系統(tǒng)是通用接口上的專有系統(tǒng)，并被視覺系統(tǒng)軟件視為第三方插件。
在當今大多數(shù)機器視覺系統(tǒng)中，攝像機、照明和鏡頭系統(tǒng)的實現(xiàn)如圖1所示。相機是通過GenICam和其中一個物理AIA或JIIA標準以標準化的方式實現(xiàn)的。如果有照明或鏡頭控制器，它們很可能使用消費標準版本的千兆以太網(wǎng)或USB接口，并將自己作為第三方定制插件呈現(xiàn)給主機軟件;不是所有三種設備類型的通用API。
不過，這種情況正在開始改變。在AIA、EMVA和JIIA標準委員會的活動意味著今天有更多的可能。2017年，由Gardasoft、CCS Inc.和Smart Vision Lights公司領導的一個團隊成功地將照明的開端納入GenICam標準。2019年初，一批制造商成立了先進光學集團，并與GenICam委員會接洽，開始增加光學元件。
完成后，這項工作將允許GenICam成為相機、鏡頭和照明之間的一個公共層，并允許這些設備在任何AIA或JIIA標準物理接口上運行;相機鏈接，GigE視覺，USB視覺，CoaXpress，或相機鏈接HS。這是一個有前途的發(fā)展，使我們更接近理想的愿景-圖2。
當我們討論集成控制的理想遠景和潛在用戶的即插即用期望時，還需要注意電源和時間方面的問題。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)在可以通過網(wǎng)絡連接由一根電纜可靠地供電。
此外，IEEE 1588精確時間協(xié)議(PTP)適用于以太網(wǎng)設備。IEEE 1588 PTP允許網(wǎng)絡上的以太網(wǎng)設備共享公共系統(tǒng)時鐘之外的定時，從而自動同步事件。GenICam和GigE Vision標準支持IEEE 1588 PTP，但只是可選的。USB Vision和USB3接口還沒有類似的功能。然而，它可能在技術上是可行的，并且可以開發(fā)。攝像機鏈接、攝像機鏈接HS和CoaXpress都是實時的或低延遲的，足以允許跨網(wǎng)絡設備之間發(fā)送信號。用戶討厭I/O電纜，并在設備之間引發(fā)問題。這種情況可能即將結束。
功能的鞏固和GenICam的擴展所帶來的好處也可能有助于滿足其他方面的期望。如果我們還考慮工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(IIoT)和系統(tǒng)構建者及其用戶對智能云連接的需求，那么GenICam也可能被視為IIoT和智能云連接的潛在推動者。IIoT本身是關于設備信息的交換和報告。有許多設備、數(shù)據(jù)類型和方法可以將這些數(shù)據(jù)打包并從設備或系統(tǒng)報告給IIoT層。GenICam通過一個名為標準特性命名約定(SFNC)的子組件對設備通信進行標準化。SFNC對設備中每個函數(shù)的名稱(標簽)、控制寄存器和有效范圍進行標準化。它可能是包裝這些標準響應并將其報告給IIoT層的完美層。
圖2：我們即將提供理想的“完全集成”視覺體驗。用戶可以擁有基于組件的系統(tǒng)的性能和靈活性，同時還可以受益于跨標準視覺接口的無縫控制。
將所有這些結合起來，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器視覺系統(tǒng)的理想愿景成為現(xiàn)實。這是第一次，用戶可以想象購買USB或以太網(wǎng)攝像機、照明設備和鏡頭，把它們插入供電的集線器，讓它們在物理接口上自動同步，并通過一個標準化的API或GUI無縫地控制它們。設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攝像機一樣。這些完全集成的機器視覺系統(tǒng)甚至可能成為具有智能云連接的IIoT網(wǎng)絡中的智能系統(tǒng)。
如果這種機器視覺系統(tǒng)的理想愿景是可能的，那么為什么今天沒有一個標準化的答案呢?答案在于，當前的AIA和JIIA接口標準缺乏系統(tǒng)級的方法，實現(xiàn)這里描述的全部功能所需的許多元素仍然是可選的。要真正實現(xiàn)這個理想的愿景，將意味著這里描述的所有元素都必須適用于所有設備和軟件。要在當前的接口標準中實現(xiàn)，必須對每個接口進行擴展，以需要所有必要的元素?；蛘?，可以提出一個新的系統(tǒng)級標準，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現(xiàn)。然而，看看可用的部分以及與用戶對其視覺系統(tǒng)的期望之間的差距，很難想象這個理想的視覺系統(tǒng)在未來是否存在。
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