工业相机 效用几何

文/李智勇,堡盟电子

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也的确火了,火到凡是和工业自动化相关的企业,如果不搞点视觉技术或者产品都“不好意思跟人家打招呼”。

但伴随着市场火爆,与此形成鲜明对比的却是总体上国内工业相机价格的惨烈竞争、机器视觉行业从业人员的艰辛、尤其是技术主导型视觉公司,其工程师不是在客户处调试,就是在去客户调试的路上,如此付出与回报真的成比例吗?如此,从事机器视觉行业,那还真的是“我猜到了开头,却没有猜到这样的结局”。当然,现在说结局还太早,正火着呢!

火归火,但马克思老早就教育我们“要透过现象看本质”。这么火的市场,我们必须要思考为什么工业相机的价格竞争如此惨烈?随便一个500万的CCD相机价格较5年前下跌了50%都不止,惨啊!如果说工业相机对于高端制造业来说真的有价值,那除了惨烈的价格竞争究竟还有效用几何?

要理清楚这个问题,首先我们必须要明确两个最基本概念,第一何为机器视觉,第二何为工业相机。定义清楚,是为了少走弯路。翻了很多文献,感觉AIA的定义还是比较简洁明了。首先,机器视觉的(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”[1]。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”[2]。对不起,翻译水平就这样,先将就着看吧。

仔细思考,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。请参考图一Baumer公司的示意图。

该图传递了两个信号,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,或者说为客户省了多少钱,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抑或价值。第二,想要做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,我们严重点可以说这是不负责任的,至少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,这些都不是事儿,否则还真没资格称其为工业相机。最重要的,其实很简单,必须要稳定!稳定!稳定!对不起,重要的事情说三遍。当然,要做到这些,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。

为什么这么说?直白来讲,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,而且能与现场其它电气设备完美兼容,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是非常大的,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省多少钱以及短期快速收益,最终的结局必然是价格趋同。要做这些行业,那对不起,只有能玩儿的起的去玩了。

但是,我们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,我们也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。此处就不谦虚的以Baumer工业相机举例吧,我们其实一直在攀登高峰(此处绝对说的是登山,Baumer的旗帜最高登上过海拔8163米的玛纳斯鲁峰)。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:1. 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。2. 工业设备针对不同应用要求,要考虑相机供电方式、与其它设备(如PLC、PC)的兼容性、相机接口方式、与客户端软件的兼容性等等。3. 相机工作方式需要考虑到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为何,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。

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 至+ 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,实乃“任你虐我千百遍我仍待你如初恋”啊。

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。针对火的不行不行的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等。

总之,我们所做的一切,仅仅是在努力的将工业相机在机器视觉中的效用最大程度的发挥出来,往大了说为中国的先进制造贡献微薄之力,往小了说希望Baumer工业相机给用户带来愉悦的使用体验,不再让工程师因为硬件的不稳定而耗费精力和时间,这些对企业而言都是巨大的成本。由此我们相信总有那么一天,我们敬爱的视觉工程师们不会再那么辛苦,耳边可以少点工控机的嗡嗡声,也不用整天面对屏幕的幽光满头大汗;每当飞鸟入林,抬头看到的是家中的袅袅炊烟。

本文来自企鹅号 - act视觉系统设计媒体

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