作者：John Phillips，Pleora科技公司产品管理高级经理

技术发展的速度极快。通过不断更新的新闻报道，您会发现仅仅在数月前还被誉为“最新和最好的”那些产品，现在已经被一系列新产品所超越。

机器视觉行业也不例外，特别是成像技术一直在不断创新，目标在于提高效率、降低成本及增进智能化水平。例如在过去的一年中，新型USB3 Vision™ 产品在成像技术应用方面，推动了更高带宽和即插即用型产品的设计。

机器视觉下一步的发展方向是什么？下面是我们认为将影响成像系统设计的五大趋势。

朝“现成产品”方向发展

人们越来越趋于把原本用于更大范围的IT和消费市场的完善技术应用于视觉领域，以提高效率和降低成本。GigE Vision^®借用了IT的连接标准，取代专有连接和传统的解决方案，如模拟、Camera Link Base和LVDS。最近，USB3 Vision利用了传输和连接器的功能（主要是为消费电子产品与计算机连接开发的），创建了更易于使用、维护和升级的视觉系统。

在箱包选取机器人中（见图1），一个外部图像采集卡把现有的Camera Link相机转换成为USB3 Vision相机。将未压缩的视频（连同供电和控制信号），通过恒定的低延迟USB3.0电缆直接传输到电脑上的现有端口，用于分析和显示。更细、更轻的USB3.0电缆，能够更加灵活地使机器人应用系统进行更大范围的动作；而且更简单的布线工作，便于工作单元更加快速的设置和拆卸，有利于缩短工作时间。

图1：USB3 Vision系统利用原本为消费电子产品开发的功能，使视觉系统更易于使用、维护和升级。箱包选取先去机器人将现有的Camera Link相机转换成USB3 Vision相机，从而简化了布线，使工作单元更容易设置和拆卸。

对设计师和制造商而言，使用现成的技术支持DIY或行业解决方案，是降低成本、提高可用性的关键方式。

不再使用台式机

几乎在所有市场中，已经很明显地看到人们已不再使用台式机，而是更多地使用笔记本电脑和平板电脑。计算平台的选择已经成为GigE Vision持续成长以及USB3 Vision解决方案快速出现的一个推动因素。

通过这两个标准，图像数据可直接传输到任何计算平台上现有的以太网或USB3.0端口。相比而言，传统的接口标准需要使用PCIe图像采集卡来采集成像数据，这就使得系统主要限制为台式机。通常，电脑制造商正在倾向于选择USB3.0接口；Firewire接口正在消失，而Thunderbolt接口的采用程度一般。

除了PC和笔记本电脑之外，也有向使用嵌入式系统转移的趋势，特别是那些图像任务或进程都是自动和重复运行的应用。嵌入式处理系统非常高的处理能力以及非常小的尺寸，使其在工业机器人应用的图像和视频处理方面非常具有吸引力。利用嵌入式处理系统，视觉系统信息可以更加容易地放置于网络中的不同点上。此外，更高的功率效率有助于降低运行成本，并减少热量输出，防止其他电子元件的过早失效。

更快的传输

对速度的需求往往是新技术背后的推动因素。在机器视觉系统中，USB3.0、10 GigE和无线接口技术的进展，将给设计师提供更高带宽和更灵活的系统设计灵活性。

虽然USB3 Vision才刚刚进入主流设计阶段，但USB3.1标准中就出现了很多增强功能。USB3.1的速度超过USB3.0的两倍，可以提供支持各种Camera Link相机所需的带宽。通过提供高达100 W的电缆传输电源，设计师可以通过消除相机的外部电源需求来进一步降低视觉系统的成本。现有的USB3 Vision标准在支持这些性能改进方面，几乎不需要任何修改。

在某种程度上，10 GigE 基础设施（包括交换机、网卡、布线和SFP+模块）成本的连续降低，也推动了10 GigE在视觉应用中获得进一步的采用。10 GigE的核心市场将是高速表面检测应用，在这类应用中，设计师可以利用以太网固有的多点传送功能，结合低成本的现有设备，来构建完全网络化的视觉系统，以便进行分布式处理。

如图2中所示，外部图像采集卡可以把Camera Link Medium或Full相机的数据转换输入10 千兆以太网，使用万兆网交换机，把图像数据传输到多个计算平台。这样，设计师就能够优化单个计算机以处理不同类型的缺陷，而不是把一台计算机与每个单个的相机进行配对。以太网电缆的长距离传输能力，允许系统设计师能将处理计算机从跨轨信号架上移走，放置在远离检测平台上或恶劣环境的更安全的地方。

图2：10 GigE使设计师能利用以太网固有的优势，连同使用低成本的现有设备，来构建完全网络化的视觉系统用于表面检测。

成像系统设计师也开始意识到无线视频传输的机会。视频接口解决方案现在可以在IEEE 802.11n无线连接上支持超过150 Mb/s的传输带宽，更高带宽的IEEE 802.11ac产品也将很快推出。下一代无线视频解决方案将能够同时支持三台以VGA分辨率运行的GigE Vision相机，帧率为30 fps，单色或Bayer色彩模式。这种解决方案也有望安装到家庭无线数字接口(WHDI)上以实现短距离视觉应用，主要应用于家庭高清电视的无线连接。

并行处理的趋势

FPGA和CPU正在日益被GPU所取代以执行某些成像任务。GPU很适合那些能够分解成多个子任务、然后再进行并行计算的成像任务，而且很多图像分析软件包（商业软件和开源软件）也使用GPU来加速处理。

大多数笔记本电脑和台式机的主板上都有GPU，它们或是采用独立的芯片，或是集成到处理器芯片组中。一直以来，GPU在编程方面都存在一定的难度；但是随着更多现代工具链的发展进步，GPU编程已经变得更加类似于使用标准的C++进行CPU 编程。对于大多数视觉应用系统而言，基于GPU的系统能尽快上市的优点带来的好处，无疑超过了它在延迟、抖动和功率消耗方面的不足。

压缩

对于那些想要设计更经济、更易用的多屏幕成像系统的制造商而言，数据压缩代表了一个新的机会。在很多视觉应用中，用于处理和分析的非压缩视频，也要被传送给现场操作人员，用于监视、安保或日程安排。从几十或几百台相机发送未压缩的视频到集中操作中心是不切实际的。事实上，可以先将视频压缩，然后再通过有线或无线网络进行传输。

对设计师而言，有两种类型的压缩可以考虑用于成像应用。有损数据压缩，也叫做“不可恢复”型，这种压缩方式会造成原始图像的某些信息和清晰度丢失。在DVD和互联网视频数据流中得到广泛使用的H.264就是有损压缩的一个例子。在减少数据大小方面它表现非常好，能实现50：1或更高的压缩比，但延迟时间比较长。人眼不易觉察出这种图像质量的损失。在远程观察或记录图像数据流时，这种几秒钟的延迟不会造成什么影响。

这种类型的压缩适用于带有多个终端用户的视觉应用系统。例如：生产线上使用GigE Vision相机拍摄的未压缩视频，可以传输到处理和分析平台。同一视频可以多点传送到转码网关，在此处使用H.264对其进行压缩，并把压缩视频传输到操作中心。这样，操作人员可以远程监控设备及关键事件并进行记录，用于以后的分析。

可完全恢复或是数学上无损的压缩技术（如JPEG-LS 或某些JPEG2000模式）的压缩比低得多，但能够保留所有的原始信息。此外，使用这种“轻度压缩” 造成的延迟要小得多。

这种可恢复的压缩方式适用于需要较短延迟时间但是数据率又比现有电缆能支持的传输速率高的系统。例如：1080p的彩色视频可以使用GigE 电缆传输，或者Camera Link完整视频可以通过USB3.0电缆传输。因此，设计师可以通过比较便宜的、易于使用的电缆传输高分辨率的图像，从而增进系统功能。

接下来是什么？

应当承认，技术发展趋势是很难预测的；但有一点是可以肯定的：机器视觉行业将继续发展演化，能够最终取胜的技术一定是一种能在成本、性能和可靠性方面具有优势的技术。