通過(guò)在工業(yè)系統中快速添加機器視覺(jué)來(lái)提高工廠(chǎng)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)化中的機器設計者實(shí)現某種形式的機器視覺(jué)，以確定距特定視野內所有物體的距離。實(shí)施這種形式的機器視覺(jué)測距的原因可能會(huì )有所不

同，包括感測變化或侵入的一般環(huán)境，生產(chǎn)線(xiàn)上物體的測距，或操作員或機器人對危險的整體防護。特別是，工業(yè)倉庫中的室內車(chē)輛正在實(shí)現機器視

覺(jué)，用于自動(dòng)駕駛，物體定位和識別以及障礙物的檢測和避讓。室內機器視覺(jué)用于物體距離檢測的非常常見(jiàn)方法是光檢測和測距（LiDAR），它使用

激光來(lái)測量物體之間的距離。LiDAR測量反射激光的返回時(shí)間和波長(cháng)，以確定到每個(gè)點(diǎn)的距離。但是，LiDAR機器視覺(jué)算法非常復雜且學(xué)習曲線(xiàn)陡峭，

需要機器視覺(jué)專(zhuān)家來(lái)編寫(xiě)應用程序代碼。

本文將向開(kāi)發(fā)人員展示如何針對這些應用程序使用Intel的交鑰匙LiDAR相機來(lái)檢測視野中與物體的距離。它解決了在不學(xué)習機器視覺(jué)技術(shù)和算法復雜

性的情況下將機器視覺(jué)快速添加到新系統或現有系統中的問(wèn)題。然后，它將展示如何使用高速USB3.1連接將Intel LiDAR攝像機與UDOO中的單板計算

機（SBC）配對。

室內工業(yè)自動(dòng)化環(huán)境中的機器視覺(jué)

隨著(zhù)更多設備被添加到地板上，以及更多的操作員和供應品，工業(yè)自動(dòng)化室內環(huán)境變得越來(lái)越動(dòng)態(tài)。所有機器，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目標區域中的物體，包括人。生產(chǎn)線(xiàn)上的物體可以通過(guò)多種方式進(jìn)行檢測，包括檢測由于物體通過(guò)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械開(kāi)關(guān)，或穿過(guò)物體的光束。產(chǎn)品滾動(dòng)時(shí)中斷的生產(chǎn)線(xiàn)。雖然這些方法適用于基本的對象檢測，但自

動(dòng)化程度越來(lái)越高，需要類(lèi)似于人眼的更復雜的視覺(jué)檢測。

機器視覺(jué)大致類(lèi)似于增加機器的視力以識別不同的顏色，區分物體并識別多種運動(dòng)。但是，一種常見(jiàn)且高度實(shí)用的機器視覺(jué)類(lèi)型是檢測視野中所有對

象的距離。

有兩種常見(jiàn)的方法可以對多個(gè)對象執行距離檢測。首先是雷達，在室內環(huán)境中，當務(wù)之急是在不斷暴露于高頻信號下對人體操作者構成危險。在室外

環(huán)境中，雷達頻率會(huì )從物體反彈，然后無(wú)害地散布到周?chē)h(huán)境中。在室內使用時(shí)，雷達會(huì )反復反射多個(gè)物體，從而導致強烈的電磁干擾（EMI）。長(cháng)

時(shí)間接觸會(huì )對操作人員產(chǎn)生長(cháng)期健康影響。

在視場(chǎng)中執行多個(gè)對象的距離檢測的第二種常用方法是激光測距，也稱(chēng)為L(cháng)iDAR。一束或多束激光束對準要測量距離的物體。將激光束在其原點(diǎn)反射

回接收器所花費的時(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。一種算法根據時(shí)間和相位差計算到物體的距離，并將其轉換為厘米或

英寸。

單個(gè)激光束檢測一個(gè)物體的時(shí)間和相位差的計算非常簡(jiǎn)單。但是，更復雜的機器視覺(jué)應用程序將涉及計算視野中數十個(gè)對象的距離。結合這些計算以

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

機器視覺(jué)與距離檢測

可以快速啟動(dòng)并運行的機器視覺(jué)應用程序的實(shí)用解決方案是Intel RealSense 82638L515G1PRQ高分辨率L515 LiDAR深度相機。該相機的直徑為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，藍色（RGB）相機和一個(gè)慣性測量單位（IMU）。LiDAR相機可以返回1024 x

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

Intel RealSense L515是一個(gè)獨立的高分辨率LiDAR相機，它還具有RGB相機和IMU。它可以使用USB 3.1輕松連接到支持的計算機。（圖片來(lái)源：英特

爾）英特爾L515 LiDAR攝像機在其視野中返回該區域的位圖圖像。但是，LiDAR相機不是返回該區域的典型攝影圖像，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相機的距離。相機的分辨率為0.25到9米。它還包含一個(gè)標準的2兆像素（MP）RGB圖像相機，在開(kāi)發(fā)過(guò)程中非常有

用。建議將其設計用于室內照明，因為它并非設計用于在陽(yáng)光充足的地方使用。

顯示了Intel L515的示例圖像。攝像機圖像以前景中的植物為中心，并分為兩部分。左側以自然色顯示植物和背景的常規RGB相機圖像。右側是每個(gè)

對象到相機的距離的直觀(guān)表示。前景中的植物顯示為藍色陰影，而背景中的墻壁顯示為亮橙色。在右側，墻壁距離相機中心更遠，因此圖像變成更深

的紅色陰影。

英特爾L515 LiDAR攝像機的圖像

Intel L515 LiDAR相機返回RGB圖像（左）和位圖圖像（右），代表對象距相機的距離。離攝像機較近的地方顯示為藍色，而離攝像機較遠的地方顯

示為深紅色。（圖片來(lái)源：英特爾）使用此信息，軟件可以處理圖像數據以確定物體和相機之間的距離。

憑借其緊湊的尺寸和高集成度，Intel L515 LiDAR攝像機適用于必須在新系統或現有系統中快速實(shí)現機器視覺(jué)深度感應的室內工業(yè)自動(dòng)化應用。對于

移動(dòng)系統，Intel L515包含可感應±4 g加速度的IMU和可感應高達每秒±1000?（?/ s）旋轉的陀螺儀。這適用于工業(yè)自動(dòng)化設施中使用的大多數室內

車(chē)輛或機器人。為IMU編碼固件時(shí)必須小心，因為碰到障礙物的車(chē)輛或機器人可能瞬間看到超過(guò)4 g s的異常，這是必須考慮的。

完整系統中的機器視覺(jué)

英特爾L515可以使用高速USB 3.1接口連接到PC或單板計算機（SBC）。攝像機外殼具有USBType-C?連接器，因此可以使用帶有Type C連接器的標準電

纜來(lái)簡(jiǎn)化集成。由于機器視覺(jué)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，以便可以根據需要實(shí)時(shí)處理圖像數據集。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）運行，并受高達32 GB（DRAM）的DRAM支持。

。對于程序存儲器，它可以使用M.2固態(tài)驅動(dòng)器（SSD），并且還支持標準的SATA-3硬盤(pán)驅動(dòng)器接口。

UDOO Bolt V8是功能強大的SBC，具有運行速度高達3.6 GHz的四核處理器。它支持M.2和SATA-3外部驅動(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相機接口。

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

持Wi-Fi和藍牙。通過(guò)3.5英寸標準插頭支持立體聲音頻。SBC將運行任何64位x86兼容的操作系統，包括Microsoft Windows和任何64位Linux發(fā)行版。

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

對于機器視覺(jué)數據算法，UDOO Bolt V8具有足夠的處理能力。它可以通過(guò)高速USB 3.1 Type C接口從Intel RealSenseL515接收數據，并且如有必要

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

結論

具有深度感測的機器視覺(jué)是一個(gè)快速擴展的領(lǐng)域，如果從頭開(kāi)始構建，可能需要復雜的代碼和硬件。將機器視覺(jué)系統與可在預先編程的固件中執行深

度計算的統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省時(shí)間和金錢(qián)，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器視覺(jué)系統。