智能相机vs.基于pc的机器视觉系统

在实现机器视觉系统时，经常会出现这样的问题:使用智能相机还是使用某种基于pc的方法?毫无疑问，随着微处理器、dsp和fpga的速度越来越快，功能也越来越强，智能相机也越来越智能。因此，它们是对更“传统”的机器视觉方法的挑战。然而，值得注意的是，“传统”方法也在利用这些进步，因此也更快、更智能。

“传统”方法在今天通常意味着基于PC的实现。这可以使用一个能够直接连接到PC的摄像头(IEEE 1394/Firewire, CameraLink, LVDS, USB等)，或者一个基于帧捕获器或其他智能图像处理板或插入PC的视觉引擎设计的系统。在后一种情况下，使用更传统的模拟相机作为输入设备。

另一方面，智能相机是一个独立的单元。它包括成像器以及“智能”和相关的I/O功能。由于这种格式类似于许多智能传感器的格式，这些产品通常被称为“视觉传感器”。然而，通常情况下，视觉传感器有一个有限的和固定的性能范围，而智能相机有更多的灵活性或工具，天生能够通过编程处理许多成像算法和应用程序功能。基于pc的视觉系统通常被认为具有最大的灵活性，因此，能够处理更广泛的应用。一个显著的区别是视觉传感器/智能相机本质上是单一插座单元，而基于pc的视觉系统通常可以处理多个摄像头输入。

另一种介于基于pc的视觉系统和智能相机/视觉传感器之间的机器视觉系统被称为“嵌入式视觉计算机”。这种类型系统本质上是一个具有帧存储和智能的独立盒子。它通常具有有限的灵活性，并附带许多固定的特定于应用程序的例程。它们与智能相机的不同之处在于，相机是绑定在设备上的，而不是独立的。它们通常能够处理多个摄像头的安排，这对许多应用程序都很有用。

所有这些系统都可以用高分辨率成像仪(名义上是1000 X 1000)和/或彩色成像仪找到。有趣的是，这些版本的价格往往具有竞争力。一些智能相机和几乎所有基于pc的成像功能也可以处理需要行扫描相机的应用程序。

为了深入了解供应商如何感知这些产品及其应用之间的差异，我们收集了所有智能相机/视觉传感器、帧抓取器和视觉引擎供应商的输入。虽然这些名单包括了100多家公司，但只有11家公司做出了回应。然而，这11家公司提供了上述每一类的代表性产品。应该理解的是，基于所提供的特定产品类别可能存在一些偏见，因为不是所有回应的公司都提供每种类别的产品。

下面的人对我们的问题做出了善意的回答:

Manish Shelat，爱德普科技公司，基于pc的视觉系统供应商
巴德·帕特尔，应用视觉，基于pc的视觉系统供应商
格斯·瓦格斯，阿芳拉特公司，嵌入式视觉计算机供应商
菲尔·科莱特，科瑞科影像公司，抓框器供应商
Sal D'Agostino，计算机识别系统公司，视觉引擎供应商
Phil Heil, DVT，智能相机/视觉传感器供应商
伊夫斯·乔斯金，尤瑞斯，抓框器供应商
斯特凡·弗朗索瓦，Leutrek，抓拍器和智能相机供应商
Jason Mulliner，国家仪器公司，框架抓取器和视觉引擎供应商
Endre Toth, Vision Components，智能相机/视觉传感器供应商
维克·温崔斯，温崔斯工程公司，智能相机供应商

1.基于pc的机器视觉与基于智能相机的机器视觉的优缺点是什么?

菲尔。COLET:这实际上是两种不同的技术，主要针对两种不同的客户群体。基于PC的技术主要集中于所谓的OEM客户。智能相机技术主要针对终端用户。虽然这不是一个硬性规则，但它确实适用于90%的应用程序。对于本文的讨论，我将假设一个客户从两个供应商收到两个盒子。一种是PC机，有取景器，相机，照明;另一个是智能相机。

基于PC的机器视觉优势:

• 灵活性- PC在可选择的选项数量上提供了更大的灵活性。例如，可以在PC上使用线扫描和区域扫描相机。可以在PC上使用第三方软件包(智能相机往往是单源软件)。
• 功率-个人电脑往往提供更大的功率和速度，这在很大程度上是由于内部使用的英特尔处理器的速度。这种能力反过来意味着PC被用来处理机器视觉中的“更难的”应用。

智能相机的优势:

• 成本——智能相机的购买和安装通常比PC解决方案更便宜，因为它们包括相机、镜头、照明(有时)、电缆和处理。
• 简单性-智能相机的软件工具是指向和点击的种类，比PC上的更容易使用。算法是预先打包的，不需要开发，因此使智能相机的设置和使用更快。
• 集成——鉴于其统一的包装，智能相机更容易集成到制造环境中。
• 可靠性——智能相机的移动部件(风扇、硬盘)更少，温度更低，比个人电脑更可靠。”

伊夫乡巴佬:论据1——当开发针对工业问题的机器视觉解决方案时，系统集成商通常并不确切地知道问题分析将把他带到哪里。对处理能力或功能能力的需求往往无法预见，最终的解决方案永远不会比最初的想法更简单。

基于pc的解决方案在计算或接口性能方面提供了一组巨大的潜在资源。PC平台本质上是开放的，它变得如此受欢迎，其性价比是无与伦比的。

对于桌面PC来说，低成本的说法尤其正确，但有时也有人声称，主流桌面PC的机械缺陷与严肃的机器视觉应用的工业需求不兼容。然而，与昂贵的工业PC相比，低成本桌面PC提供了最新的cpu和相关组件，以最低的成本提供了最高的性能。

总而言之，当考虑到其设计中的所有权衡时，机器视觉开发人员得出的结论是，基于pc的系统是最具成本效益的解决方案。它最适合他在设计阶段对功能演进的需求，甚至在升级系统成为一个问题之后。升级软件是提高功能的简单方法，升级PC硬件是提高性能的简单方法。

论据2 -一些视觉问题属于定义良好的、特殊目的的类，在许多用户站点中都有相同的发现。这种应用程序的一个很好的例子是解码Datamatrix代码。

在这些情况下，解决问题的计算和接口资源是可预测的。将所需的资源打包到单个单元中是很有意义的，这就是智能相机的定义。如果(且仅当)这个特殊应用程序所涉及的数量很大，则可以将成本降低到使产品与基于pc的解决方案相竞争的水平。关键是，特殊用途申请的范围是预先确定的。有充分的理由相信，不会有更快的性能或增加功能的需求。

在我看来，智能相机只适用于这种终端用户导向的市场。的确，智能相机是为通用应用程序提供的，并具有一组用户可编程的功能。将这些可编程智能摄像头集成到系统中可能是一项相对或甚至非常容易的任务。然而，在许多情况下，用户迟早会落入论点#1的范围。他会发现智能相机的局限性，比如速度不够快或者功能不支持。当问题简单到可以解决时，它实际上就属于特殊用途的应用。”

菲尔。嗨:“智能相机在每个检查点都有一个处理器。这使得智能摄像头网络比单处理器系统具有明显的速度优势。以太网可以让摄像头在工厂网络上的一台PC上轻松管理，并消除PC硬件兼容性和操作系统bug的问题。”

ENDRE托斯:“CCD和处理器的直接连接在精度、像素相同捕获(低或无像素抖动)方面带来了几个优势。”你可以控制摄像头，为设计工程师提供灵活性!在PC系统的情况下，处理器从相机中移除。摄像头、抓框器和PC机来自三个不同的制造商，带来了兼容性、驱动程序和部分实现的功能集问题。你是否尝试过用PC系统实现以下非常简单和明显的机器视觉功能:在每一帧之后改变或调整电子快门?在智能相机中实现这一功能并不困难。您可以列出许多类似的不同功能，它们实际上起源于不同的体系结构拓扑。

智能相机是紧凑的设备，而个人电脑系统有很多“包袱”。即使是操作系统(通常是Windows)也有很多内置的包袱。在控制、自动化和关键任务的工业应用中，包袱是一个劣势。你只需要和控制工程师谈谈就知道了。在飞机、水下、矿山、危险环境和印刷机等机器上的应用中，智能相机具有明确的优势，在选择机器视觉系统时应予以考虑。

在PC解决方案中，你将组件、帧抓取器、相机、PC等组合在一起。这些系统组件通过标准接口协同工作。这些接口定义了您可以做什么以及如何做!

智能相机是“开放嵌入式”系统。设计师和控制工程师是完全控制的，你可以指望，你可以确定接下来会发生什么。当为PC系统编写机器视觉代码时，软件工程师必须处理很多问题。此外，智能相机的零部件更少;它们在物理上比PC系统更紧凑(很多倍)。简单维护，只更换和修理一个零件。

智能相机的安装包括更少的电缆。智能相机为系统设计师提供了额外的灵活性。今天，系统设计师可以为他们的设计选择广泛的拓扑结构，通过从帧抓取器、嵌入式机器视觉系统、智能相机等进行选择，并自由地将它们组合起来，以创建最适合和最具成本效益的系统。

如今许多智能相机应用程序都是联网的。在一些情况下，智能相机连接到个人电脑，plc等。智能相机执行重复的图像处理功能，只向PC提供结果。PC负责记录，报告最初设计的管理任务。智能相机非常适合当今流行的分布式计算、分布式控制等概念。”

维克WINTRISS:“(智能相机的)优点:由于计算密集的视觉处理是在相机中完成的，多个相机系统不会使中央CPU陷入困境。即使只有一个摄像头，也只需要把结果传回电脑进行进一步处理。通常是数据的字节而不是图片的兆字节。PC只需要AOI(感兴趣的区域)进行分析。一个愚蠢的相机必须传回完整的照片，而大部分照片都是垃圾。对于智能相机系统，带宽通道要求要小得多。对于智能相机系统，PC计算需求要小得多。此外，将讨论划分为智能相机与基于pc的方法是不合适的，因为这是系统配置可能性连续体的两个极端。有些混合系统同时使用了智能摄像头和个人电脑。分配必要的功能到适当的系统元素，以优化性能和适用性，这确实是一个系统设计问题。有时需要智能相机系统，有时需要基于个人电脑的系统，有时则需要混合系统。”

萨尔瓦多:达可扩展性，更容易配置其他类型的I/O，通信，升级是基于pc的视觉系统的优势

巴德·帕特尔:“基于pc的机器视觉系统通常比基于智能相机的系统更强大。它们拥有更强大的计算能力，能够处理更复杂的软件算法。智能相机非常适合使用一般的边缘检测或二进制工具进行简单任务;然而，它们没有处理更复杂的特定于应用程序的算法的计算能力或内存。他们将受到检查的速度和复杂程度的限制。此外，在某些应用程序中，智能相机将不能处理100%的检查吞吐量。智能摄像头不适合应用的一个例子是检查两件式饮料罐。通常，这些生产线的运行速度超过2000 PPM。这种应用需要特定的照明来正确地照亮这个复杂的部分，并需要检测整个罐非常小的功能缺陷。智能相机非常适合基本的缺席/在场类型的应用。 Typically these low-end systems are used to read barcodes and other simple tasks. Most Smart Cameras do not include a monitor or user interface. The burden of the user interface is put on the end user.'

杰森·穆力纳:“通过利用现成的商业技术，基于pc的机器视觉系统可以利用当前处理器和总线技术的高性能。这允许更多的灵活性，因为PC的开放性。客户可以选择他们的成像接口，无论是模拟，并行数字，相机链接，或IEEE 1394。他们也可以选择编程的方法。客户可能想要一个易于使用的交互式可配置环境，或者一个完整的应用程序开发环境的灵活性和功能。

史蒂芬弗朗索瓦他将基于pc的视觉系统的优势总结为“灵活性、多功能性和可扩展性”。

MANISH SHELAT(从机器人应用的角度来看):“校准的便利性和准确性:当涉及到校准时，基于智能相机的机器人系统是初级的。机器人或机构与智能相机分别校准。智能相机从已知位置计算零件位置偏移量，并指示机械臂从初始编程的取件位置偏移量处取件。相比之下，机器人控制器将在单一坐标系中校准视觉系统和机器人。然后在机器人编程所在的六自由度坐标空间中定义零件位置。这是机器人和视觉标定的正确方法。

• 多摄像头系统的成本:典型的基于PC的视觉系统可以处理多达4个摄像头每帧抓取器。在需要多个摄像头的应用程序中，基于PC的系统的成本应该与多个智能摄像头的成本进行比较。
• 通信开销:智能相机通过串行接口(RS-232)或以太网与机器人控制器通信。通信开销增加了机器人对摄像机通信的延迟。相比之下，在综合运动和视觉系统的情况下，通信开销是非常小的，因为所有的硬件和软件都在同一个平台上。
• 运动和视觉的无缝集成:为了使用智能相机，客户必须选择和链接单独的现成产品。有了现成的基于控制器的视觉系统，客户就投资于一个预先设计和预先配置的系统。
• 尺寸和重量:典型的模拟相机的尺寸约为44 × 29 × 71毫米，重140克。智能相机需要额外的电子设备，这增加了它们的尺寸和重量。这可能是一个重要的选择标准，应用程序有有限的相机安装空间和手臂安装相机，手臂或机构的动量是关键。
• 功耗和热量产生:智能相机为额外的电子设备消耗更多的电能，这导致了更高的热量产生。随着时间的推移，高温会降低相机的性能。”

格斯vargo(从嵌入式视觉系统供应商的角度评论)观察到:

a)不需要一台笔记本电脑或个人电脑来编程或配置该设备(标准笔记本电脑成本为2000美元)。请记住，在制造环境或生产站点中使用PC设置视觉系统，一开始是相当麻烦的，想象一下拖着桌面到处走。

b)串行通信(PLC通信)。通常需要视觉检查系统的生产机器由小型I/O(紧凑型)PLC(可编程逻辑控制器)控制。这类设备通常为其他智能设备(如条形码阅读器和机器视觉)提供串行通信端口(RS232)。独立的视觉系统提供直接的串行通信接口，直接与控制器(PLC)。这可以实现视觉系统检测结果的有效和快速的数据传输，而无需通过标准I/O连接。这仅限于二进制数据(通过/失败)。

c)基于PC的视觉系统需要以太网通信，因为这种类型的通信必须用于从相机到PC的图像传输。这种方法的问题在于，由于标准的PC更新时间(刷新时间)，初始检查、设置和监视会变慢。更不用说网络设置和故障排除的正常复杂性了，这需要大量的PC硬件知识和windows硬件兼容性。

另一方面，独立系统通过内置视频输出直接向用户/操作人员提供实时视频反馈。这使得故障排除和安装更加容易。”

伊夫乡巴佬他的回答总结如下表:

2.一种方法有另一种方法没有的限制吗?

达:“智能相机的局限性在于它的固定配置，好处应该是节省成本或空间。”

蠢汉:“智能相机的计算能力有限，无法超越。它通常也有一定的功能。”

穆力纳:“智能相机目前没有可扩展性。如果客户不能用智能摄像头解决他们的应用程序，他们就无法转移到更强大的基于pc的系统，从而保留他们的软件投资。”

COLET:“当然，但是一种方法有它的优点(比如简单)，另一种方法则有相反的优点。所以虽然PC不像Smart那么简单