摘 要：机器视觉是工业自动化的核心技术，涉及光学成像、图像处理、模式识别等多个领域。为了简化视觉系统实现的复杂度，华周测控推出了VisionTech视觉软件。通过VisionTech的图像采集、算法工具、对外通讯和执行单元的组合，就可以实现丰富多样的机器视觉检测任务，提高了项目开发的效率和降低调试验证的难度。
关键词：机器视觉；高精度检测；图形化编程；智能化
概述
机器视觉涉及图像处理、模式识别、光机电一体化等领域，通过图像采集、算法处理和上下游对外通信这三个环节的协同工作，从而实现各种检测、判断、识别、测量定位等功能。随着中国智能制造2025的推进，大规模的应用范围已经扩展到电子、汽车、半导体、新能源、医疗、食品、物流等行业。但随着精密制造与组装产业智能化对检测精度、速度和各种传感器的要求越来越高，视觉系统的集成度和处理任务的复杂度不断攀升，传统的软件开发和调试部署方式已经不能适应要求。针对此行业痛点，深圳华周测控推出了完全自主研发的VisionTech通用视觉软件，为客户解决视觉问题提供了一个强大、便捷、稳定的解决方案。该软件采用图形化控件的方法，无需编写代码，只需要通过简单的把各种工具进行组合，就可以完成各种复杂的视觉检测任务。同时，软件采用丰富的通信方式来完成各种通讯控制，实现同各主流品牌工业相机、PLC、I/O模块等上下游设备的连接控制。极大的提高了项目开发的效率、压缩现场调试时间和降低技术验证难度。
关键技术
视觉项目最大的特点是项目导向个性化，不同的项目检测需求多变、工作逻辑复杂，这就要求通用软件必须具备丰富的图像处理算子，同时为了简化逻辑和提高开发效率，需要采用模块化设计，按照检测功能把这些模块任意组合成不同的检测逻辑，达到快速完成视觉任务的要求。为解决这个问题，VisionTech视觉软件内置了上百种图像处理算子，按照常用的检测需求组合成4大模块：图像识别、缺陷检测、定位引导和测量（如图1），这些核心功能模块在3C电子、新能源电池和印刷包装等行业的多个工业项目中被广泛应用，已经在现场的批量复制设备中验证了稳定性。
图1 VisionTech视觉模块
当前的自动化检测设备越来越追求高精度和高速度，为此图像处理要求达到亚像素级别的检测精度和重复性，同时模块调用的计算时间需要达到毫秒级以下。VisionTech运用精确的边缘提取技术和鲁棒的轮廓拟合，即使面对复杂形状的被测物也能在实时运动中实现精确测量。
同时，VisionTech所有图像处理算子在底层都采用SSE技术进行加速优化，使得算子的计算响应时间达到毫秒级别，在飞拍等实时性要求较高的场合也可以轻松胜任。以业界标杆的视觉软件HALCON作对比测试，VisionTech在精度和耗时方面毫不逊色。图2~图5显示VisionTech在计算精度、重复性和计算时间等方面的测试结果。
图2 找圆-计算时间对比
图3 找圆-重复性对比
图4 卡尺测量对比
图5 间隙测量对比
图形化编程
在算法逻辑确定后，开发员希望快速的构建可运行的程序验证检测结果，调试工程师很多时候也要根据现场条件的变化改变个别流程或检测参数，这些都要求通用视觉软件要有更友好的构建操作。VisionTech的设计思路是在极短的时间内建立工程，降低对视觉工程师的技能门槛要求，提高项目落地运行的效率。
为此，在操作上采用友好的“拖拽”方式，只需根据检测需求，拖拽工具图标到检测逻辑中，不需要编程即可实现不同检测逻辑设定，通过修改有限的参数即能达到想要的调试效果，操作简单方便。在数据流控制方面，不同模块间的数据和逻辑关系可以根据需要任意设置引用，并通过箭头标示，在界面上可以直观清晰的展示程序结构和流程。
VisionTech可以同时建立十个以上检测流程，支持多线程、多任务并行处理，各个任务之间可以完全独立运行或者互相关联的方式协作运行。图6所示，部署在机器手上的两相机定位上下料项目的运行界面。
图6 VisionTech运行界面
多样化的通讯协议
一个完整的视觉系统除了核心的图像处理软件，还需要与相机、机器手、PLC、控制器、I/O等各种设备协同合作，才能使自动化设备精准运行。这些设备的通讯协议多种多样，如果没有完备的通讯模块，在现场部署时这些上下游设备间的联合调试往往要耗费大量时间，降低项目落地应用验收的效率。
VisionTech根据多年的视觉项目经验整合出通用的通讯模块，包括：
1）常用的网口、串口、Modbus协议的应用组件；
2）根据工业相机的GigE和USB3协议，开发出支持国内外主流品牌相机的组件，包括支持Basler、堡盟、海康、大华等；
3）支持西门子、施耐德、欧姆龙、三菱等主流PLC的组件；
4）支持光源控制器和I/O卡的组件。
通过VisionTech的通讯模块，能够无缝地和常用的工业硬件组成模块化系统，针对不同检测需求进行快速部署和推广。