成像技術的進步使得機器視覺在制造業(yè)方面變得舉足輕重，配合使用攝像機、傳感器和處理平臺，可以有效提高質(zhì)量、降低成本、提高生產(chǎn)率。如今，成像技術進一步完善，能夠監(jiān)測制造過程，實現(xiàn)制造過程的自動化，因而其設計應用范圍越來越大。

 

　　在智能交通系統(tǒng)（ITS）市場，視覺技術正用于鐵路監(jiān)控和檢測系統(tǒng)。通過采用在自動化生產(chǎn)制造業(yè)廣泛使用的千兆比特以太網(wǎng)（GigE）系統(tǒng)，ITS設計師可以設計出能夠進行復雜分析的解決方案，同時又具有部署快捷、維修方便、使用簡單的特點。

 

　　GigE是如何推動ITS應用的部署、可用性并實現(xiàn)其成本優(yōu)勢。具體來講，本文主要探討如何選擇合適的視頻接口--用以對影像數(shù)據(jù)進行標準化并傳送至計算機或顯示器的軟硬件--才能對鐵路檢測成像系統(tǒng)的設計和性能產(chǎn)生積極影響。

 

 

　　隨著機器視覺擴展到更為廣闊的市場，視頻接口對于支持互操作性、設計靈活性和成本優(yōu)勢的促進作用越來越重要。視頻互連通常見于機器視覺系統(tǒng)，包括Analog、Camera Link，GigE Vision和USB3 Vision技術，現(xiàn)在也見于ITS應用。

 

　　使GigE Vision成為機器視覺業(yè)最為廣泛部署的視頻接口標準的優(yōu)點中 ， 遠距離電纜布線，更多的計算平臺選擇和聯(lián)網(wǎng)能力，這些明顯對ITS應用大有裨益。

 

　　電纜布線：由于具有以太網(wǎng)的遠距離傳輸性能（標準銅纜可傳數(shù)百米、光纖數(shù)千米、Camera Link僅有數(shù)十米），處理設備可以更加方便地加以安置。在鐵路檢測系統(tǒng)中，處理設備可以從露天跨軌信號桿處移到防護更好、易于接近的場所或集中到操控中心。

 

　　另外，以太網(wǎng)供電（PoE）電纜"一線"式安裝，將系統(tǒng)從攝像機必需的硬連線供電中解放了出來,進一步簡化了部署、降低了成本。最近引入的 802.11上的無線視頻接口GigE Vision徹底淘汰了電纜布線，從而減少了材料費，安裝費和維護費用。

 

　　計算平臺選擇：利用GigE Vision，視頻能夠以小而一致的延遲直接傳向大多數(shù)計算平臺上的現(xiàn)有端口，包括筆記本電腦和小型嵌入式平臺。相比之下，Camera Link和眾多其他接口需要用抓幀器在端點獲取成像數(shù)據(jù)，將設計師限制在機箱式電腦上面。

 

　　聯(lián)網(wǎng)：GigE視頻接口首次引入時，人們主要看重的是它那攝像機-計算機臍帶式連接的遠距離傳輸性。如今，設計師利用以太網(wǎng)本身靈活的聯(lián)網(wǎng)能力建立實時交換視頻網(wǎng)絡，與攝像機和端點相連，包括分析計算機、顯示屏和存儲設備。

 

　　GigE Vision為檢測應用開辟全新的天地，它能夠讓一臺攝像機向多個端點傳送視頻，也能讓多臺攝像機向一個端點傳送頻，或兩者混用。如果主PC脫機，檢測功能可由后備PC承擔，無需切換線纜或更改軟件設定。在多攝像機應用中，整合者可能會使用一系列聯(lián)網(wǎng)的低成本攝像機來代替單個性能較高、價格昂貴的攝像機。

 

 

　　鐵路檢測是一項復雜的ITS應用，它利用多攝像機多光譜成像系統(tǒng)監(jiān)控車廂和貨物，檢測鐵軌、聯(lián)結器、車輪、剎車和其他部件。先進的圖像視覺系統(tǒng)能夠進行更詳細、更迅速的檢測以及大量信息來提高安全性，同時又能使效率達到最大化，減少停機時間。

 

　　在路邊自動檢測系統(tǒng)中，沿軌道布置的以及在高架跨軌信號桿上設置的一系列攝像頭用于捕獲運行列車上關鍵部件的的影像。由于Camera Link Full攝像頭具有高帶寬的優(yōu)點，所以其通常被布置在該類系統(tǒng)中，但由于攝像頭電纜布線復雜、距離有限且缺乏網(wǎng)絡支持，設計師必須采取一定的補償措施。

 

　　或者，采用一個10GigE外置式抓幀器可以把Camera Link Full攝像機轉變?yōu)榉螱igE Vision標準的攝像機，從而可以利用低成本、遠距離的以太網(wǎng)路線纜以及現(xiàn)成的交換設備使其轉變?yōu)槎帱c實時視頻網(wǎng)絡。

 

　　在此例中，外置式抓幀器的一體式可編程邏輯控制器（PLC）使多個位置傳感器、攝像機和光源同步工作并觸發(fā)圖像采集過程。外置式抓幀器把Cameral Link Full攝像機拍攝的圖像轉換為符合GigE Vision接口標準的視頻流，然后通過工業(yè)標準級光纖電纜以Camera Link Full最大速率6.8 GB/s直接將非壓縮視頻傳輸至計算機的端口，并具有一致的端對端延遲。利用10 GigE超過1000 米的長傳輸距離，可將處理和圖像分析設備從軌道旁移走或集中放置在操作中心。

 

　　一旦檢測到故障，系統(tǒng)會向集中作業(yè)中心發(fā)送提示信息及故障詳圖檢測員應對所有問題保持警戒，以便及時使列車停止運行，或對非關鍵性問題安排維修。

 

　　在移動鐵路檢測系統(tǒng)中，Camera Link Full攝像機裝在軌道車或維修車上，以便檢測鐵路和軌道部件的受損情況。部署外置式抓幀器后，Camera Link Full攝像機反饋的圖像轉化為符合GigE Vision標準的視頻流，并匯集到單一的車載網(wǎng)絡，然后傳輸至機載工作站進行分析。一旦確認有故障發(fā)生，則圖像數(shù)據(jù)會加載相應的GPS信息。利用新近引入的代碼轉換技術，GigE視頻可以轉化為應用廣泛的H.264壓縮格式，并以無線方式傳輸?shù)讲僮髦行倪M行察看。

 

　　對圖像視覺系統(tǒng)設計師來說，川流不息的交通和變化多端的天氣情況本身是在不斷變化的，對設計和部署提出了很多挑戰(zhàn)。在充分認識到上述風險后，不難發(fā)現(xiàn)，GigE Vision視頻接口具有明顯的優(yōu)勢，能夠幫助制造商和集成商為ITS應用開發(fā)出易于采用、低成本的解決方案。

 

　?。ㄗ髡?約翰·菲利普斯  (John Phillips)  Pleora科技公司）