在許多機器視覺應用中，通常使用工業(yè)相機、照明光源、計算機和網絡系統在產品制造過程中對其進行檢測。例如，檢查罐裝食品、瓶子、發(fā)動機零件和電子子組件的標簽方向、填充水平、條形碼以及目標物是否存在（見圖1）。
圖1：高速相機系統可以檢查罐裝食品、瓶子、發(fā)動機零件和電子子組件的標簽方向、填充水平、條形碼以及目標物是否存在。這種高速生產系統本身也必須受到監(jiān)控，以診斷可能發(fā)生的任何機械故障。
為了高速生產這些產品，復雜的機械傳送帶和剔除機制必須沿著生產線高速驅動這些產品。由于這些產品的生產速度非?？欤虼松a設備的任何故障或失靈，都會導致生產線暫停、維修和重新啟動，從而導致昂貴的停機成本。如果與故障相關的問題立即被隔離，那么制造商就可以更快地修復故障，減少停機成本。為了隔離這些故障問題，制造商使用高速視覺系統來檢查產品的特性，并監(jiān)控正在使用的傳送帶和剔除機制。
現在，已經有一些公司生產集成系統來執(zhí)行這些任務。與實施機器視覺系統一樣，選擇使用什么樣的系統，高度依賴于特定的應用。被監(jiān)控的生產線或生產過程的速度，決定了系統中部署的機器視覺相機、相機接口、觸發(fā)機制、主機（或“事件記錄器”）和照明等產品的類型。
更為重要的是，如果發(fā)生故障，系統的用戶界面必須允許操作員快速隔離故障源頭，并通知相關主管人員。
在典型的監(jiān)控系統中，一臺相機或一系列相機與事件記錄器連接，以捕獲一系列高速圖像。對這些圖像進行分析，并診斷任何機械設備故障的原因（見圖2）。
圖2：在典型的監(jiān)控系統中，一臺相機或一系列相機與事件記錄器連接，以捕獲一系列高速圖像。對這些圖像進行分析，并診斷任何機械設備故障的原因。
在這種配置中，一旦系統被觸發(fā)，無論是從相機觸發(fā)還是通過事件記錄器觸發(fā)，圖像都會被存儲一段預先設定的時間，以便以后回放和分析。在監(jiān)控此類高速事件時，系統可以通過幾種不同的方式觸發(fā)。如果一條高速裝瓶產線因任何原因出現故障，那么沿著生產線通過的瓶子數量將會減少。
傳感系統
此類事件通常使用不同類型的傳感器檢測，其中最常用的是光電傳感器。這些傳感器檢測從傳感器發(fā)出和接收的光之間的強度變化。Pepperl+Fuchs等公司提供此類光電傳感器，這類傳感器也可用于計算通過生產線的瓶子數量，因為傳感器將檢測一系列可測量的脈沖。如果脈沖之間的周期發(fā)生了顯著變化，則可以對傳感器進行編程，以輸出PNP/NPN信號來觸發(fā)相機或計算機。
光電傳感器有多種類型，從透射型傳感器、反射型傳感器到漫反射型傳感器和色彩傳感器，所有這些傳感器都可用于檢測高速生產線上可能發(fā)生的任何虛假事件。例如，當此類機械發(fā)生故障時，設備的振動水平可能會增加。因此，振動分析系統可以用來確定生產設備的狀況。
通過使用傳感器測量設備的位移、速度和加速度，可以監(jiān)測振動水平，并將這些傳感器的輸出結果與預期值范圍進行比較，再利用這個比較結果觸發(fā)相機或計算機。Hansford Sensors等公司生產此類傳感器。
光電傳感器、振動傳感器和聲學傳感器，都可以用來觸發(fā)圖像捕捉序列，也可以用來處理來自相機的信息。這可以通過使用相對簡單的算法分析捕獲的圖像、并在發(fā)生任何變化時觸發(fā)系統來實現。例如，可以分析圖像的灰度值，并與已知參考值的范圍進行比較。或者，可以將傳入圖像之間的像素到像素的差異與參考圖像進行比較，如果這些差異超出指定范圍，系統將觸發(fā)記錄圖像序列。
減少延遲
在開發(fā)此類系統時，系統集成商必須認識到，無論選擇何種傳感器或相機，傳感器或相機檢測到事件的時間，與開始記錄圖像序列的時間之間，存在一定的時間延遲。這個時間延遲從幾微秒到幾毫秒不等，這取決于圖像序列是使用相機上的I/O觸發(fā)器觸發(fā)的，還是使用事件記錄器上的I/O觸發(fā)器觸發(fā)的。
為了減少延遲，許多系統使用相機I/O觸發(fā)器觸發(fā)，就像使用事件記錄器或可編程邏輯控制器（PLC）時一樣，由于輪詢中斷并向相機生成觸發(fā)信號需要時間，因此延遲將更長。在這里，最小延遲是由“通過軟件輪詢輸入并生成相機觸發(fā)器以啟動圖像序列所需的時間”決定的。
同樣，使用相機或運行在事件記錄器或PLC上的軟件，來檢測和分析捕獲的圖像也會增加延遲，因為這將涉及圖像捕獲、圖像分析，然后生成一個輸出信號。因此，使用相機觸發(fā)系統往往更復雜，并且具有更長的系統延遲。
正如如何觸發(fā)相機在此類系統的設計中起著重要作用一樣，選擇使用哪種相機同樣重要。為高速成像而設計的相機，往往都是針對特定應用而專門設計的。例如，對于彈道和汽車碰撞測試等應用，即使是最快的相機接口，也不能用1024×1024的CMOS傳感器來捕獲圖像序列。
因此，Vision Research和Photron等相機廠商開發(fā)出了Phantom V2512和FastCam SA-Z等相機，它們分別能以高達10000fps和25000fp的幀率，捕獲1280×800×12位像素和1024×1024×12位像素的圖像數據。因此，相機需要捕獲數百GB的數據。
為了捕獲這些圖像，此類相機必須設計為具有千兆字節(jié)的板載存儲器，以便圖像序列可以捕捉、存儲，然后通過高速接口傳輸，后續(xù)再用運動分析軟件進行分析。此類接口通?；贕igE或10GigE標準。
這種高速相機的接口選擇有幾個原因。首先，GigE接口是可擴展的，目前的范圍包括GigE、10GigE、40GigE和100GigE。其次，與CoaXPress（CXP）等支持高達100Gbit/s帶寬的標準不同，價格經濟的基于PC的圖像采集卡，通過相機與計算機連接，從而降低系統成本。最后，盡管基于CXP標準的最大電纜長度約為70m，但基于GigE的方案可以使用電纜將相機到計算機的連接距離擴展到100m。
利用GigE Vision的強大功能，相機供應商正在推出低成本、高速相機，這些相機不需要板載相機內存來存儲圖像數據。雖然這種相機仍然不能用于非常高速的應用，但它們正被部署在要求較低的工廠過程監(jiān)控應用中。
例如，Imperx B0620是一款640×480像素的CCD GigE相機，具有以太網供電（PoE）功能，它可以與Imperx公司的以太網/IP過程視頻記錄器（EIPVR）連接，以250fps或更低的幀率錄制60秒或更長的視頻。在運行中，系統自動將圖像保存到記錄系統，并使用Imperx公司的記錄和回放軟件，以用戶可配置的回放速度觀看記錄的事件（見圖3）。因此，可以部署該系統來消除線路中斷，排除機械設備故障，而無需昂貴的專用高速相機或基于CXP的高成本解決方案。
圖3：記錄和回放軟件，能以用戶配置的回放速度，觀看記錄的事件。
為了以250fps的幀率捕獲圖像，并消除圖像模糊，通常使用頻閃LED照明。在這里，閃光燈的發(fā)射必須與相機的曝光時間同步。為了確保這一點，制造商提供了專用的頻閃燈。例如，Imperx提供LED PoE環(huán)形燈，以簡化此類LED的安裝。在設計中，環(huán)形燈通過PoE接口驅動，可以直接從相機觸發(fā)（見圖4）。
圖4：Imperx公司提供LED PoE環(huán)形燈，以簡化LED頻閃燈的安裝。在設計中，環(huán)形燈通過PoE接口驅動，可直接從相機觸發(fā)。
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