技术文件

重新定义工业相机

工业相机的功能在不断地演进。尽管用户能自行导入这些新功能,但他们却无法对功能进行扩展。IDS提供一种解决方案:IDS NXT系列基于视觉应用程序的工业相机可使用自编程应用程序进行扩展,这些自编程应用程序也作为符合标准的功能随相机提供。

借助通用GenICam设备接口,用户可随时在应用程序层查询相机功能。除制造商的内置功能外,IDS NXT相机还允许用户添加GenICam兼容功能,可通过相机描述文件在运行期间加载这些功能。
借助通用GenICam设备接口,用户可随时在应用程序层查询相机功能。
除制造商的内置功能外,IDS NXT相机还允许用户添加GenICam兼容功能,
可通过相机描述文件在运行期间加载这些功能。

目前,工业相机可通过制造商提供的更新包安装新功能并修补漏洞。因此,对于已投入使用的相机,用户也可扩展其功能,使相机能用于更多的图像处理应用。要查询当前相机支持的功能,需要使用“动态”UI(用户界面)。GenAPI UI(通用应用程序编程接口)使GenICam兼容的工业相机支持此功能查询。除标准功能列表(由“标准功能命名规则”定义)外,GenICam还支持将用户自定义功能集成到相机功能节点图中。基于此,相机制造商能提供视觉标准(尚)不包含的特殊自定义功能。然而,何时更新相机以及包含哪些新功能都由制造商决定。

新型智能相机

然而,机器视觉市场内可编程相机的数量在不断增长。这使得用户可直接在相机中运行此前在PC或嵌入式面板上运行的自创功能。相机侧支持的处理任务十分广泛,从图像数据预处理、过滤、传统图像处理到使用支持深度学习的神经网络,可谓无所不包。因此,可编程相机使用户可直接“在相机上”进行图像评估,这为我们提供了全新的机遇。然而,与标准视觉相机不同的是,罕有可编程相机具备GigE Vision等高速数据接口,因此在传输速度方面,它们远不及标准视觉相机。尽管如此,用户或用户软件必须能够通过API实现功能交互。迄今为止,此类接口大部分都为制造商的专有接口。由于它们支持独立运行模式,因此常常与Profinet、EtherNet/IP和OPC-UA等重要工业协议直接连接。尽管具备上述新功能,这些新型智能相机还无法取代标准视觉工业相机。用户仍需自行决定需使用哪种相机,或者其应用是否需要兼具两种相机的功能。

搭载“智能GenICam”的IDS NXT工业相机兼具工业相机和可编程相机的特点。
搭载“智能GenICam”的IDS NXT工业相机兼具工业相机和可编程相机的特点。

兼容并蓄,合二为一

有了这款全新的IDS NXT工业相机,用户将无需在标准相机和可编程相机之间做艰难抉择。基于视觉应用程序的IDS NXT相机是对IDS标准视觉工业相机的扩展。在运行期间,除标准固件功能外,IDS NXT相机还可加载并执行由用户编写的图像处理应用程序。此功能拓展是通过IDS特定的“智能GenICam”应用程序实现的。这种功能融合的亮点在于,用户可在任何GenICam兼容的第三方应用程序(如HALCON)中通过相机的XML描述文件对视觉应用程序进行配置、控制并使用其处理结果。尽管如此,设备仍需为功能全面、符合标准的工业相机,可以千兆以太网速度向主机PC传输图像数据。

应用程序扩展

搭载智能GenICam应用程序的IDS NXT相机使兼容GenICam的机器视觉应用程序可在相机和PC之间进行自由扩展。这表明,用户可根据预期性能自行决定应用程序是在PC工作站上运行,还是在相机上独立运行,抑或在两种设备上协调运行。

IDS NXT工业相机还支持在相机上执行用户进程,并使其具备视觉兼容性。因此,应用部分和决策流程可由在主机PC(1)上执行或部分在主机PC(2)上执行过渡到完全(3)在相机上执行。
IDS NXT工业相机还支持在相机上执行用户进程,并使其具备视觉兼容性。因此,应用部分和决策流程可由在主机PC(1)上执行或部分在主机PC(2)上执行过渡到完全(3)在相机上执行。

出于种种原因,我们需要在相机上(在边缘设备上)对图像进行预处理或对数据进行预筛选,而非不断向PC传输大量数据。这样做有诸多优势,如能降低网络负荷、加快硬件运行速度、减少系统成本等等。

由于使用通用传输层(GenTL)(无论是在运行相机时用于相机外部,还是在调整传感器时用于相机固件内部),对应用层而言,图像数据来源无关紧要。因此,将应用程序迁移至相机时,无需更改数据接口。这简化了智能GenICam功能的开发和验证过程。用户可直接在相机中执行应用程序代码,无需更改或重新编写代码。因此,整套图像处理应用程序是一种首创方案,相机既是图像捕捉设备,同时也是可完全在主机PC上运行的应用程序。由于在后续操作中无需更改相机,因此这不仅简化了应用开发过程,还节省了时间和金钱。开发者现可决定哪些部分需要直接在相机上执行,并将其上传至作为视觉应用程序的IDS NXT相机。相机固件将应用程序代码融入相机的功能中。控制和功能参数以及动态应用程序部分的运行结果由智能GenICam应用程序通过设备特定的XML描述文件以视觉兼容的方式提供。因此,应用程序开发者可完全掌控新相机的功能。

应用程序扩展的优势

IDS NXT相机使图像处理不再在PC上进行,而是在更靠近图像源的设备上完成。用户可直接在相机上获得处理结果,而无需将完整的图像数据从高分辨率传感器传输至PC。这减少了向后续系统传输必要数据所需的带宽,并使相机可直接触发连续流程。除部分扩展外,在无需使用PC进行进一步处理的情况下,特定应用程序还可完全由相机运行。这节省了用于存放和构建PC基础设施所需的空间和成本。由于相机平台的能耗远低于PC工作站,因此当应用程序迁移至相机后,系统的总体运行能效也就越高。在2018年Vision展会上,IDS通过简单的图像处理示例,全面展示了在IDS NXT平台上如何进行应用程序扩展,例如在支持Profinet的IDS NXT vegas相机上安装颜色和形状分拣系统。

总结

基于视觉应用程序的IDS NXT相机使图像采集和处理可在“边缘设备”上完成,并具备视觉兼容性。这些新型相机不仅可用作图像捕捉设备,还可完全独立运行,或执行部分预处理任务为所连PC提供支持。甚至,还可使用预先培训的神经网络完成复杂的推理任务。借助智能GenICam视觉应用程序,用户还可便捷地使每个兼容GenICam的应用程序都支持相机处理任务。