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

上海自動(dòng)化儀表有限公司要求工業(yè)自動(dòng)化中的機(jī)器設(shè)計(jì)者實(shí)現(xiàn)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(shí)施這種形式的機(jī)器視覺測(cè)距的原因可能會(huì)有所不

同，包括感測(cè)變化或侵入的一般環(huán)境，生產(chǎn)線上物體的測(cè)距，或操作員或機(jī)器人對(duì)危險(xiǎn)的整體防護(hù)。特別是，工業(yè)倉(cāng)庫中的室內(nèi)車輛正在實(shí)現(xiàn)機(jī)器視

覺，用于自動(dòng)駕駛，物體定位和識(shí)別以及障礙物的檢測(cè)和避讓。室內(nèi)機(jī)器視覺用于物體距離檢測(cè)的非常常見方法是光檢測(cè)和測(cè)距（LiDAR），它使用

激光來測(cè)量物體之間的距離。LiDAR測(cè)量反射激光的返回時(shí)間和波長(zhǎng)，以確定到每個(gè)點(diǎn)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)器視覺專家來編寫應(yīng)用程序代碼。

本文將向開發(fā)人員展示如何針對(duì)這些應(yīng)用程序使用Intel的交鑰匙LiDAR相機(jī)來檢測(cè)視野中與物體的距離。它解決了在不學(xué)習(xí)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，它將展示如何使用高速USB3.1連接將Intel LiDAR攝像機(jī)與UDOO中的單板計(jì)算

機(jī)（SBC）配對(duì)。

室內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境中的機(jī)器視覺

隨著更多設(shè)備被添加到地板上，以及更多的操作員和供應(yīng)品，工業(yè)自動(dòng)化室內(nèi)環(huán)境變得越來越動(dòng)態(tài)。所有機(jī)器，傳感器和更高水平的自動(dòng)化旨在提高

效率，同時(shí)確保操作員安全。

在許多情況下，附加傳感器用于檢測(cè)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(cè)，包括檢測(cè)由于物體通過而引起的環(huán)境

光變化的基本光傳感器，被物體的重量壓下的機(jī)械開關(guān)，或穿過物體的光束。產(chǎn)品滾動(dòng)時(shí)中斷的生產(chǎn)線。雖然這些方法適用于基本的對(duì)象檢測(cè)，但自

動(dòng)化程度越來越高，需要類似于人眼的更復(fù)雜的視覺檢測(cè)。

機(jī)器視覺大致類似于增加機(jī)器的視力以識(shí)別不同的顏色，區(qū)分物體并識(shí)別多種運(yùn)動(dòng)。但是，一種常見且高度實(shí)用的機(jī)器視覺類型是檢測(cè)視野中所有對(duì)

象的距離。

有兩種常見的方法可以對(duì)多個(gè)對(duì)象執(zhí)行距離檢測(cè)。首先是雷達(dá)，在室內(nèi)環(huán)境中，當(dāng)務(wù)之急是在不斷暴露于高頻信號(hào)下對(duì)人體操作者構(gòu)成危險(xiǎn)。在室外

環(huán)境中，雷達(dá)頻率會(huì)從物體反彈，然后無害地散布到周圍環(huán)境中。在室內(nèi)使用時(shí)，雷達(dá)會(huì)反復(fù)反射多個(gè)物體，從而導(dǎo)致強(qiáng)烈的電磁干擾（EMI）。長(zhǎng)

時(shí)間接觸會(huì)對(duì)操作人員產(chǎn)生長(zhǎng)期健康影響。

在視場(chǎng)中執(zhí)行多個(gè)對(duì)象的距離檢測(cè)的第二種常用方法是激光測(cè)距，也稱為L(zhǎng)iDAR。一束或多束激光束對(duì)準(zhǔn)要測(cè)量距離的物體。將激光束在其原點(diǎn)反射

回接收器所花費(fèi)的時(shí)間以及光束的任何相移與發(fā)射激光的時(shí)間和相位進(jìn)行比較。一種算法根據(jù)時(shí)間和相位差計(jì)算到物體的距離，并將其轉(zhuǎn)換為厘米或

英寸。

單個(gè)激光束檢測(cè)一個(gè)物體的時(shí)間和相位差的計(jì)算非常簡(jiǎn)單。但是，更復(fù)雜的機(jī)器視覺應(yīng)用程序?qū)⑸婕坝?jì)算視野中數(shù)十個(gè)對(duì)象的距離。結(jié)合這些計(jì)算以

創(chuàng)建距離的可視化圖并非易事，并且會(huì)花費(fèi)大量的開發(fā)時(shí)間。

機(jī)器視覺與距離檢測(cè)

可以快速啟動(dòng)并運(yùn)行的機(jī)器視覺應(yīng)用程序的實(shí)用解決方案是Intel RealSense 82638L515G1PRQ高分辨率L515 LiDAR深度相機(jī)。該相機(jī)的直徑為61毫米

（mm），深度為26 mm，并包含一個(gè)LiDAR圖像深度單位，紅色，綠色，藍(lán)色（RGB）相機(jī)和一個(gè)慣性測(cè)量單位（IMU）。LiDAR相機(jī)可以返回1024 x

768或1920 x 1080的圖像位圖，每個(gè)像素代表該點(diǎn)到相機(jī)的距離。

Intel RealSense L515是一個(gè)獨(dú)立的高分辨率LiDAR相機(jī)，它還具有RGB相機(jī)和IMU。它可以使用USB 3.1輕松連接到支持的計(jì)算機(jī)。（圖片來源：英特

爾）英特爾L515 LiDAR攝像機(jī)在其視野中返回該區(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(gè)像素

的RGB值表示每個(gè)像素距Intel L515相機(jī)的距離。相機(jī)的分辨率為0.25到9米。它還包含一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的2兆像素（MP）RGB圖像相機(jī)，在開發(fā)過程中非常有

用。建議將其設(shè)計(jì)用于室內(nèi)照明，因?yàn)樗⒎窃O(shè)計(jì)用于在陽光充足的地方使用。

顯示了Intel L515的示例圖像。攝像機(jī)圖像以前景中的植物為中心，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(gè)

對(duì)象到相機(jī)的距離的直觀表示。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。

英特爾L515 LiDAR攝像機(jī)的圖像

Intel L515 LiDAR相機(jī)返回RGB圖像（左）和位圖圖像（右），代表對(duì)象距相機(jī)的距離。離攝像機(jī)較近的地方顯示為藍(lán)色，而離攝像機(jī)較遠(yuǎn)的地方顯

示為深紅色。（圖片來源：英特爾）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。

憑借其緊湊的尺寸和高集成度，Intel L515 LiDAR攝像機(jī)適用于必須在新系統(tǒng)或現(xiàn)有系統(tǒng)中快速實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺深度感應(yīng)的室內(nèi)工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用。對(duì)于

移動(dòng)系統(tǒng)，Intel L515包含可感應(yīng)±4 g加速度的IMU和可感應(yīng)高達(dá)每秒±1000?（?/ s）旋轉(zhuǎn)的陀螺儀。這適用于工業(yè)自動(dòng)化設(shè)施中使用的大多數(shù)室內(nèi)

車輛或機(jī)器人。為IMU編碼固件時(shí)必須小心，因?yàn)榕龅秸系K物的車輛或機(jī)器人可能瞬間看到超過4 g s的異常，這是必須考慮的。

完整系統(tǒng)中的機(jī)器視覺

英特爾L515可以使用高速USB 3.1接口連接到PC或單板計(jì)算機(jī)（SBC）。攝像機(jī)外殼具有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(jiǎn)化集成。由于機(jī)器視覺圖像處理可能會(huì)占用大量CPU，因此建議您具有足夠的性能，以便可以根據(jù)需要實(shí)時(shí)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，該處理器以2.0 GHz（GHz）（提升3.6 GHz）運(yùn)行，并受高達(dá)32 GB（DRAM）的DRAM支持。

。對(duì)于程序存儲(chǔ)器，它可以使用M.2固態(tài)驅(qū)動(dòng)器（SSD），并且還支持標(biāo)準(zhǔn)的SATA-3硬盤驅(qū)動(dòng)器接口。

UDOO Bolt V8是功能強(qiáng)大的SBC，具有運(yùn)行速度高達(dá)3.6 GHz的四核處理器。它支持M.2和SATA-3外部驅(qū)動(dòng)器接口，非常多可容納32 GB的DRAM空間，并

具有USB 3.1 Type C連接器，可與Intel RealSense L515 LiDAR相機(jī)接口。

UDOO Bolt V8具有兩個(gè)用于連接到監(jiān)視器的HDMI 1.4視頻接口。為了聯(lián)網(wǎng)，它可以通過板載RJ-45連接器通過有線千兆以太網(wǎng)連接到工廠網(wǎng)絡(luò)。還支

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。SBC將運(yùn)行任何64位x86兼容的操作系統(tǒng)，包括Microsoft Windows和任何64位Linux發(fā)行版。

這個(gè)功能強(qiáng)大的SBC需要19伏，65瓦的電源來支持2 GHz的性能。

對(duì)于機(jī)器視覺數(shù)據(jù)算法，UDOO Bolt V8具有足夠的處理能力。它可以通過高速USB 3.1 Type C接口從Intel RealSenseL515接收數(shù)據(jù)，并且如有必要

，可以在連接到任一HDMI接口的監(jiān)視器上顯示圖像。連接到任一音頻輸出插孔的揚(yáng)聲器均可發(fā)出聲音警報(bào)或警告。

結(jié)論

具有深度感測(cè)的機(jī)器視覺是一個(gè)快速擴(kuò)展的領(lǐng)域，如果從頭開始構(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(jì)算的統(tǒng)包解決方案集成在一起，上海自動(dòng)化儀表有限公司可以節(jié)省時(shí)間和金錢，從而可以在工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境中快速可靠地使用高性能的機(jī)器視覺系統(tǒng)。