現(xiàn)在，工業(yè)自動化領(lǐng)域的機(jī)器設(shè)計者需要實施某種形式的機(jī)器視覺，以確定距特定視野內(nèi)所有物體的距離。實施這種形式的機(jī)器視覺進(jìn)行測距的原因可能會有所不同，包括感測一般環(huán)境中的變化或侵入、生產(chǎn)線上的物體距離，或者操作人員或機(jī)器人對危險的整體防護(hù)。尤其在工業(yè)倉庫中，室內(nèi)車輛正在實施機(jī)器視覺，以實現(xiàn)自動駕駛、物體定位與識別以及障礙物的檢測與躲避。 最常見的室內(nèi)機(jī)器視覺物體距離檢測方法是光探測和測距 (LiDAR)，在這種方法中，使用激光來測量物體之間的距離。LiDAR 測量反射激光的返回時間和波長，以確定到每個點的距離。但是，LiDAR 機(jī)器視覺算法非常復(fù)雜且學(xué)習(xí)曲線陡峭，需要機(jī)器視覺專家編寫應(yīng)用代碼。 本文將向開發(fā)人員展示如何針對這些應(yīng)用使用 Intel 的交鑰匙型 LiDAR 相機(jī)來探測視野中與物體的距離。它解決了在不了解機(jī)器視覺技術(shù)和算法復(fù)雜性的情況下，將機(jī)器視覺快速添加到新系統(tǒng)或現(xiàn)有系統(tǒng)中的問題。然后，它將展示如何通過高速 USB 3.1 將 Intel LiDAR 相機(jī)與 UDOO 中的單板計算機(jī) (SBC) 配對。

室內(nèi)工業(yè)自動化環(huán)境中的機(jī)器視覺

隨著更多設(shè)備進(jìn)入車間以及更多的操作員和用品，工業(yè)自動化室內(nèi)環(huán)境變得越來越動態(tài)化。所有機(jī)器、傳感器和更高水平的自動化的目標(biāo)均是提高效率，同時確保操作員的安全。 許多情況下，添加更多的傳感器用于檢測目標(biāo)區(qū)域中的物體，包括人。生產(chǎn)線上的物體可以通過多種方式進(jìn)行檢測，包括檢測由于物體通過而引起的環(huán)境光變化的基本光傳感器、物體重力作用下的機(jī)械開關(guān)或者發(fā)生產(chǎn)品滾動時穿過已中斷的生產(chǎn)線的一束光。雖然這些方法適用于基本的物體檢測，但隨著自動化程度越來越高，就需要類似于人眼的更復(fù)雜的視覺檢測功能。 機(jī)器視覺大致類似于為機(jī)器添加視力，以識別不同的顏色，區(qū)分物體并分辨多種運動。

但是，一種常見且高度實用的機(jī)器視覺類型是檢測視野內(nèi)所有物體的距離。 有兩種常見的方法可以進(jìn)行多物體測距。第一種是雷達(dá)，但在室內(nèi)環(huán)境下，首先需要考慮的是持續(xù)暴露在高頻信號下對操作人員造成的危害。室外環(huán)境下，雷達(dá)信號會被物體反射并向四周發(fā)散，但不會造成任何危害。用于室內(nèi)時，雷達(dá)會反復(fù)反射多個物體，從而造成強(qiáng)烈的電磁干擾 (EMI)。長時間暴露會對操作人員的身體健康造成長期影響。 對視野內(nèi)多個物體測距的第二種常用方法是激光測距，也稱為 LiDAR。一束或多束激光束對準(zhǔn)待測距物體。將激光束反射回在其發(fā)射點的接收器所花費的時間以及光束發(fā)生的任何相移與發(fā)射激光的時間和相位進(jìn)行比較。一種算法根據(jù)時間和相位差計算到物體的距離，并轉(zhuǎn)換為厘米或英寸。 單激光束檢測一個物體的時間和相位差的計算非常簡單。但是，更復(fù)雜的機(jī)器視覺應(yīng)用將會出現(xiàn)計算視野中許多物體距離的情況。結(jié)合這些計算來創(chuàng)建距離的可視化圖形并非易事，而且需要大量的開發(fā)時間。

可進(jìn)行距離檢測的機(jī)器視覺

Intel RealSense 的 82638L515G1PRQ 高分辨率 L515 LiDAR 深度相機(jī)就是一種可以快速啟動并運行的機(jī)器視覺應(yīng)用的實用解決方案（圖 1）。相機(jī)直徑為 61 mm，深度為 26 mm，包含一個 LiDAR 圖像深度單元、紅、綠、藍(lán) (RGB) 相機(jī)和一個慣性測量裝置 (IMU)。LiDAR 相機(jī)可以返回 1024 x 768 或 1920 x 1080 的圖像位圖，每個像素代表該點到相機(jī)的距離。

Intel L515 LiDAR 相機(jī)返回其視野中的某個區(qū)域的位圖圖像。但是，LiDAR 相機(jī)不是返回該區(qū)域的典型攝影圖像，而是返回圖像，其中每個像素的 RGB 值表示每個像素距 Intel L515 相機(jī)的距離。該相機(jī)的分辨率為 0.25 - 9 米。該相機(jī)還包含一個標(biāo)準(zhǔn)的 2 兆像素 (MP) (RGB) 圖像相機(jī)，這在開發(fā)過程中非常有用。建議將該相機(jī)用于室內(nèi)照明，因為其并非設(shè)計用于在陽光充足的地方。 圖 2 所示為 Intel L515。相機(jī)圖像的中心為前景中的植物，并分為兩部分。左側(cè)以自然色顯示植物和背景的常規(guī) RGB 相機(jī)圖像。右側(cè)是每個物體到相機(jī)距離的直觀表示。前景中的植物顯示為藍(lán)色陰影，而背景中的墻壁顯示為亮橙色。在右側(cè)，墻壁距離相機(jī)中心更遠(yuǎn)，因此圖像變成更深的紅色陰影。

使用此信息，軟件可以處理圖像數(shù)據(jù)以確定物體和相機(jī)之間的距離。 憑借其緊湊的外形和高集成度，Intel L515 LiDAR 相機(jī)適用于必須在新系統(tǒng)或現(xiàn)有系統(tǒng)中快速實施機(jī)器視覺深度檢測的室內(nèi)工業(yè)自動化應(yīng)用。對于移動系統(tǒng)，Intel L515 包含可感測 ±4 g 加速度的 IMU 和可感應(yīng)高達(dá) ±1000?/s 旋轉(zhuǎn)的陀螺儀。這適用于工業(yè)自動化工廠中使用的大多數(shù)室內(nèi)車輛或機(jī)器人。當(dāng)為 IMU 固件編碼時必須小心，因為撞到障礙物的車輛或機(jī)器人可能瞬間看到超過 4 gs 的速度，必須考慮這種異常情況。

完整系統(tǒng)中的機(jī)器視覺

Intel L515 可通過高速 USB 3.1 接口連接 PC 或單板計算機(jī) (SBC)。相機(jī)外殼上已配備 USBType-C 連接器，因此可以使用帶有 Type C 連接器的標(biāo)準(zhǔn)電纜來簡化集成工作。由于機(jī)器視覺圖像處理可能會占用大量 CPU，因此建議您使用功能強(qiáng)大的電腦，以便在必要時實時處理圖像數(shù)據(jù)集。UDOO KTMX-UDOOBL-V8G.00 Bolt V8 是基于四核處理器的高性能 SBC，這種處理器運行速度為 2.0 GHz (GHz)（提升 3.6 GHz），支持高達(dá) 32 GB 的 DRAM 。對于程序存儲器，可以使用 M.2 固態(tài)硬盤 (SSD)，并且還支持 SATA-3 標(biāo)準(zhǔn)硬盤驅(qū)動器接口。

UDOO Bolt V8 提供兩個 HDMI 1.4 視頻接口，用于連接顯示器。需要聯(lián)網(wǎng)，可以使用板載 RJ-45 連接器通過有線千兆位以太網(wǎng)連接工廠網(wǎng)絡(luò)。支持 Wi-Fi 和藍(lán)牙。通過 3.5 英寸標(biāo)準(zhǔn)插頭支持立體聲音頻。這款單板機(jī)可運行任何 64 位 x86 兼容操作系統(tǒng)，包括 Microsoft Windows 和任何 64 位 Linux 發(fā)行版。這款功能強(qiáng)大的單板機(jī)需要 19 V、65 W 電源來支持其 2 GHz 的性能。 至于機(jī)器視覺數(shù)據(jù)算法，UDOO Bolt V8 已具有足夠的處理能力。該設(shè)備可通過高速 USB 3.1 Type C 接口從 Intel RealSense L515 接收數(shù)據(jù)，并在必要時在連接任一 HDMI 接口的顯示器上顯示圖像。連接到任一音頻輸出插孔的揚聲器均可發(fā)出警示或警告音。

總結(jié)

具有深度感測功能的機(jī)器視覺是快速擴(kuò)展的領(lǐng)域，如果從頭構(gòu)建，可能需要復(fù)雜的代碼和硬件。將機(jī)器視覺系統(tǒng)與可在預(yù)先編程的固件中執(zhí)行深度計算的交鑰匙型解決方案集成在一起，可以節(jié)省時間和金錢，從而在工業(yè)自動化環(huán)境中快速可靠地使用高性能機(jī)器視覺系統(tǒng)。

責(zé)任編輯：xj

原文標(biāo)題：通過在工業(yè)系統(tǒng)中快速添加機(jī)器視覺來提高工廠安全性和生產(chǎn)率

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