为您的机器视觉应用选择合适的硬件

NI提供了一系列支持图像采集和处理的硬件选项。在本文档中,将通过了解每个硬件平台的软件支持和相机支持,探索如何在这些不同的规格中进行挑选。另外,还将针对性能、工业化以及集成准则等各方面,讨论硬件选择。

本文档主要专注产品之间的技术比较,您还可以观看下面的视频,它主要介绍了每个平台的特性、优点以及适合的应用方向:网络视频:为您的视觉检测指定合适的硬件

1. 用于机器视觉应用的NI硬件平台选择
NI机器视觉硬件产品包含从智能相机到独立机器视觉系统到强大的PXI与基于PC的解决方案等不同的产品形式。这些硬件平台在多个方面存在差异,包括外形尺寸以及性能,其中每个平台都适用于不同的环境、应用和系统体系结构。

图1:NI提供的主要机器视觉硬件平台

图1:NI提供的主要机器视觉硬件平台

性能最高的NI CompactRIO和NI Single-Board RIO控制器还提供低带宽下的图像采集和处理功能。这可以通过相比其他机器视觉平台使用较小的图像分辨率、较低的速度和更高的图像压缩实现。

图2:用于机器视觉平台的CompactRIO和NI Single-Board RIO

图2:用于机器视觉平台的CompactRIO和NI Single-Board RIO

2. 软件与操作系统支持
NI机器视觉软件包是设计用于运行在图1所示的硬件选择的。这意味着您可以在平台之间进行切换,并可以在这些机器视觉硬件目标上重用大部分现存代码。您还可以通过维护单个软件包降低多系统的开发时间和维护成本。

CompactRIO和NI Single-Board RIO平台仅支持NI机器视觉开发模块图像处理库,但不支持用于自动检测的NI视觉生成器。

 

智能相机

紧凑机器视觉系统

嵌入式机器视觉系统

PXI与PXI Express系统

工业与台式PC

CompactRIO/
Single-Board RIO

用于自动检测的视觉生成器

机器视觉开发模块

表1:不同硬件系统的机器视觉软件支持

除了可以在所有平台上使用NI LabVIEW图形化编程环境之外,您还可以利用NI机器视觉开发模块,使用C、C++、Visual Basic以及.NET语言(Visual Basic .NET和C#)等基于文本的开发环境对运行Windows操作系统的系统进行编程。

 

智能相机

紧凑机器视觉系统

嵌入式机器视觉系统

PXI与PXI Express系统

工业与台式PC

CompactRIO/
Single-Board RIO

Windows

实时系统

表2:不同硬件系统的操作系统支持

3. 每个平台的优点与特性比较
不同平台基于以下九个准则进行比较:

  • 集成I/O——I/O数量与范围(数字TTL、数字光绝缘体、模拟)
  • 需要维护的移动零件更少——无风扇设计和固态驱动器可以免受振动损害
  • 功率消耗——系统消耗的总功率
  • 温度评级——系统经过验证的温度范围
  • 采集带宽——可以将图像采集到系统中的最大吞吐量,通过图像分辨率、位深和帧速率组合定义
  • 最大图像尺寸——在内存和处理能力限制下可以用系统采集的最大图像尺寸
  • 处理能力——更高的处理能力由核心或协处理器的速度与数量决定
  • 与其他测量集成(例如数据采集、运动控制)——直接RTSI连接与触发,可以用于系统中的其他模块可用性(C系列模块、PXI模块、PCI板卡),并通过以太网与其他设备集成进行比较
  • 图3:参考雷达图

    图3:参考雷达图

    每个硬件平台在雷达图中,不同准则下的评价通过分布来表示。有趣的是这种表示方法与图3中用相似评分方法表示的信息相同。

     

     

    智能相机

    紧凑机器视觉系统

    嵌入式机器视觉系统

    PXI与
    PXI Express 
    系统

    工业PC与台式机

    CompactRIO/
    Single-Board RIO

    工业适用性

    集成IO
    (数量与范围)

    3

    4

    4

    5

    5

    5

    需要维护的移动部件更少

    5

    5

    5

    3

    3

    5

    紧凑外形尺寸

    5

    4

    3.5

    2

    2

    4

    功率消耗

    5

    4

    4

    2

    2

    5

    温度评级

    4

    4

    3

    4

    3

    5

    性能

    采集带宽

    3

    3

    4

    4

    5

    1

    最大图像尺寸

    2

    3

    4

    4

    5

    1

    处理能力

    2.5

    3

    4

    4.5

    5

    2

    与其他测量集成(例如数据采集与运动控制)

    2

    2

    3

    5

    4

    4

    总分

    31.5

    32

    34.5

    33.5

    34

    32

    表3:所有NI机器视觉硬件平台评分比较

    NI智能相机

    图4:NI智能相机雷达图

    图4:NI智能相机雷达图

    特性

  • 集成处理器和图像传感器
  • 最小功率消耗
  • 专用机器视觉硬件
  • 用于更高算法性能模型的DSP协处理器
  • 集成数字I/O与内建照明控制
  • NI紧凑机器视觉系统

    图5:NI紧凑机器视觉系统雷达图

    图5:NI紧凑机器视觉系统雷达图

    特性

  • 多用途IEEE 1394相机(对于多相机系统而言,成本低于智能相机)
  • 专用机器视觉硬件
  • 固态存储器
  • 29条可重配置数字I/O线路
  • 尺寸最小的多用途系统
  • NI嵌入式机器视觉系统

    图6:NI嵌入式机器视觉系统雷达图

    图6:NI嵌入式机器视觉系统雷达图

    特性

  • 多用途IEEE 1394相机(对于多相机系统而言,成本低于智能相机)
  • 专用机器视觉硬件
  • 双核处理器与2 GB RAM
  • 无风扇设计与固态存储器
  • 众多工业通讯与I/O选项
  • PXI与PXI Express系统

    图7:用于PXI与PXI Express系统的雷达图

    图7:用于PXI与PXI Express系统的雷达图

    特性

  • 支持所有图像标准
  • 无与伦比的定时、触发以及与星型触发器集成,它是一种高性能的触发器信号,可以用于PXI机箱中所有模块的同步
  • 机器视觉相关板卡与非机器视觉插入板卡的更高可用性
  • 工业PC与台式机

    图8:PC系统雷达图

    图8:PC系统雷达图

    特性

  • 机器视觉相关板卡与非机器视觉插入板卡的更高可用性
  • 需要花费一定的时间验证PC与插入板卡的兼容性
  • 相比经过认证的NI的系统(嵌入式机器视觉系统、PXI),寿命较短
  • 如果使用集成USB、IEEE 1394、【千兆】以太网端口,无需插入板卡(虽然插入板卡能够提供I/O并且降低负荷)
  • 无处理器、内存、存储器等的限制
  • CompactRIO 与 NI Single-Board RIO

    图9:CompactRIO与NI Single-Board RIO系统雷达图

    图9:CompactRIO与NI Single-Board RIO系统雷达图

    特性

  • 模块化I/O(基于应用程序混和与匹配)
  • 工作温度为-40至+70℃
  • NI Single-Board RIO是适用于OEM/嵌入式设备的板卡专用版本
  • 更低采集带宽和较高的处理器图像解压缩负荷(目前适用于使用IP相机和使用第三方C系列帧抓取器的模拟相机来采集jpeg格式图像)
  • 4. 相机支持与相机选择
    在选择机器视觉系统方面,相机兼容性通常是最终决定因素。根据您所选择的图像标准和应用所需的图像传感器需求,存在不同的可能性。市场上提供了众多相机选择,NI支持大量图像标准,您可能在选择机器视觉系统时需要得到帮助。表3和表4提供了对于不同类型的相机而言,需要考虑何种硬件解决方案。

    图10: NI的机器视觉系统与众多厂商的相机兼容。

    图10: NI的机器视觉系统与众多厂商的相机兼容。

     

    智能相机

    紧凑机器视觉系统

    嵌入式机器视觉系统

    PXI与
    PXI Express 
    系统

    工业与台式PC

    CompactRIO/
    NI Single-Board RIO

    模拟

    •1

    并行数字

    Camera Link

    GigE机器视觉

    IEEE 1394

    USB (DirectShow)

    IP

    集成图像传感器

    1仅非NI模拟模块支持低带宽

    表4:图像标准的系统支持

     

    智能相机

    紧凑机器视觉系统

    嵌入式机器视觉系统

    PXI与
    PXI Express 
    系统

    工业与台式PC

    CompactRIO/
    NI Single-Board RIO

    区域扫描(二维)

    线扫描适用性

    —1

    —1

    彩色成像

    红外

    —1

    三维激光轮廓传感器2

    UV成像

    X光成像

    —1

    —1

    1如果硬件平台已经确定,只有有限的选择可以让这些传感器与系统的组合成为可能。
    2三维测量还能够使用多个相机和结构光源,结合三角算法实现。

    表5:不同传感器类型的系统适用性

    文章来源:NI官网