基于NI CompactRIO和Single-BoardRIO的机器视觉技术

NI CompactRIO平台提供了业界第一批可编程的自动化控制器(PAC)，可实现内置视觉功能，并提供一个完全集成的高效设计来缩短产品上市时间和减小系统尺寸。 板卡级选件和坚固的模块化控制器均可支持基于USB和千兆以太网的相机连接。 CompactRIO平台还可以结合NI视觉开发模块来加速嵌入式视觉应用的开发，NI视觉开发模块包含了许多图像处理函数，这些函数可在实时处理器和FPGA上运行。

图1: CompactRIO平台集成了视觉功能和精确的控制和监测功能。

CompactRIO平台的成像支持可解决一系列涉及混合I/O的控制和测量应用，包括：

• • 自主机器人
    相机连接可使CompactRIO在单个系统内集成传感器连接、视觉、运动和控制功能，使其成为开发专业机器人的理想平台。
    
  • 嵌入式医疗设备
    图像采集功能和小巧的外形结构为胶片扫描仪和自动化显微镜提供了一个理想的平台，同时实时操作系统选项也使获得FDA（食品及药物管理局）认证变得更加容易。
    
  • 工业监测
    机器视觉功能使CompactRIO成为一个可用于工业应用的平台，这些应用包括基于面扫描相机和热成像相机的健康状态监测和关键管道监测。

图2:可通过添加热成像至趋势热点为机器状态监测添加更多有用信息。

添加可视数据可帮助系统更完整地了解所处的环境。 在许多机器中，视觉系统与主机控制器是分开的，结果数据通过串行或以太网通信来传输。 然而，许多现代应用需要具有比分布式系统更低的延迟、更小的尺寸或者更低的功耗。 CompactRIO的高级控制功能与板载图像采集和处理相结合实现了视觉和I/O之间的紧密同步。通过基于千兆以太网和USB的相机连接，CompactRIO硬件现在可以连接成千上万款的工业相机。

CompactRIO控制器的高性能系列产品是基于Intel Atom和Intel Core i7处理器，支持GigE视觉相机，GigE视觉相机提供的电缆长度可达400米，带宽高达1 Gb/s。对于监控应用，压缩图像可以通过连接到任意具有以太网端口的CompactRIO终端的IP相机来采集。 所有配备USB端口的CompactRIO和NI Single-Board RIO终端均能够采集来自兼容USB3视觉相机的图像。 为什么USB3视觉相机使用的是USB 2.0端口？ USB3视觉相机为业界提供了一个相机接口标准，使NI视觉采集软件能够连接市面上数百种USB3视觉相机。 机器视觉相机制造商正迅速采用该标准，所以USB3视觉相机的应用预计将与GigE视觉相机一样广泛。 虽然该标准是针对USB3.0端口而设计，但是该标准也包含向后兼容USB 2.0端口选项，许多CompactRIO终端使用的是USB 2.0端口。 可兼容的相机包括Basler USB3视觉相机以及任何向后兼容USB 2.0端口的USB3视觉相机。 连接到各种USB3视觉相机、GigE视觉相机和IP相机的能力为当前CompactRIO终端和用户提供了许多即时成像选项。

NI-IMAQdx驱动程序提供了一直的一致的软件体验，即使应用需求发生变化时也无需编辑代码，无论使用的是哪种CompactRIO硬件或相机接口。

许多图像处理算法可以利用FPGA的并行特性，将视觉应用中需要占用大量处理器资源的部分转移到FPGA上运行，使得处理器能够腾出空间来处理其他任务。 视觉开发模块包含超过50个FPGA图像处理函数以及API来有效地处理处理器和FPGA之间的图像传输。 这使得FPGA可用作协处理器，将处理后的图像发送回主机或用于图像处理，以紧密地配合其他处理任务和FPGA上的I/O。 这为视觉伺服控制等应用提供了一个高性能解决方案。

图3:通过将图像处理任务转移到FPGA上运行来实现更快速的视觉功能。

用户可以使用NI视觉助手来快速原型和开发FPGA视觉应用，NI视觉助手包含在视觉开发模块中。 视觉助手是一个基于配置的原型开发工具，它使开发人员能够重复执行图像处理算法，查看参数变化对图像的影响。 视觉助手(Vision Assistant)生成的FPGA代码经过优化，可提高并行执行的性能。

推荐的硬件：NI CompactRIO高性能控制器
推荐的图像采集驱动程序：2014年9月或之后发布的视觉采集软件中的NI-IMAQdx
推荐的图像处理软件：NI视觉开发模块