摘　要（Abstract)
 本文主要介绍了智能相机的概念，并比较了PC式视觉系统与智能相机（嵌入式视觉系统）在检测速度、测量精度等指标上的优劣，探讨了智能相机的发展趋势，还列举了几个基于智能相机的成功应用领域。Abstract: As world’s manufacturing is shifting to China, “WorldFactory”,quality production to meet global standards is expected. To assure high quality, automated inspection with machine vision plays a very important role. This paper depicts the Smart Camera of the machine vision systems. A comparison between the two major machine vision systems, namely PC-based and Embedded machine vision systems, is made based on criteria, such as processing speed, measurement precision and robustness, etc. A couple of successful application case study of Smart Camera machine vision is also presented in the paper.
关键词 (Keywords)  机器视觉　智能相机　嵌入式视觉系统
Keywords : Machine Vvision ,Smart Camera ,Embedded Vision System
１ 引言
 典型机器视觉系统是一种就是基于个人计算机(PC)的视觉系统，一般由光源、CCD或CMOS相机、图像采集卡、图像处理软件以及一台PC机构成。其中，图像的采集功能由CCD/CMOS相机及图像采集卡完成;图像的处理则是在图像采集/处理卡的支持下，由处理软件在PC机中完成。基于PC的机器视觉系统尺寸庞大、结构复杂，其应用系统的开发周期长，成本较高。目前，一种新型的智能相机的出现，向传统的基于PC的机器视觉系统提出了挑战。
２ 什么是智能相机(Smart Camera)？
 智能相机(Smart Camera)并不是一台简单的相机，而是一种高度集成化的微小型机器视觉系统。它将图像的采集、处理与通信功能集成于单一相机内，从而提供了具有多功能、模块化、高可靠性、易于实现的机器视觉解决方案。同时，由于应用了最新的DSP、FPGA及大容量存储技术，其智能化程度不断提高，可满足多种机器视觉的应用需求。
 智能相机一般由图像采集单元、图像处理单元、图像处理软件、网络通信装置等构成，如图 1 所示，各部分的功能如下:
(1) 图像采集单元
在智能相机中，图像采集单元相当于普通意义上的CCD/CMOS相机和图像采集卡。它将光学图像转换为模拟/数字图像，并输出至图像处理单元。

(2) 图像处理单元
 图像处理单元类似于图像采集/处理卡。它可对图像采集单元的图像数据进行实时的存储，并在图像处理软件的支持下进行图像处理。
(3) 图像处理软件
 图像处理软件主要在图像处理单元硬件环境的支持下，完成图像处理功能。如几何边缘的提取、Blob、灰度直方图、OCV/OVR、简单的定位和搜索等。在某些智能相机中，以上算法都封装成固定的模块，用户可直接应用而无需编程。
(4) 网络通信装置
 网络通信装置的智能相机的重要组成部分，主要完成控制信息、图像数据的通信任务。智能相机一般均内置以太网通信装置，并支持多种标准网络和总线协议，从而使多台智能相机构成更大的机器视觉系统。

图 1 智能相机结构
3 智能相机的优势
 智能相机具有易学、易用、易维护、安装方便等特点，可在短期内构建起可靠而有效的机器视觉系统。其技术优势主要表面在:
 (1) 智能相机结构紧凑，尺寸小，易于安装在生产线和各种设备上，且便于装卸和移动;
 (2) 智能相机实现了图像采集单元、图像处理单元、图像处理软件、网络通信装置的高度集成，通过可靠性设计，可以获得较高的效率及稳定性;
 (3) 由于智能相机已固化了成熟的机器视觉算法，使用户无需编程，就可实现有/无判断、表面/缺陷检查、尺寸测量、OCR/OCV、条码阅读等功能，从而极大的提高了应用系统的开发速度。
4 智能相机与基于PC的视觉系统的比较
 智能相机与基于PC的视觉系统在功能和技术上差别主要表现在以下几个方面:
(1) 体积比较
 智能相机与普通相机的体积相当，易于安装在生产线和各种设备上，便于装卸和移动;而基于PC的视觉系统一般由由光源、CCD或CMOS相机、图像采集卡、图像处理软件以及PC机构成，其结构复杂、体积相对庞大。
 
(2) 硬件比较
 从硬件角度比较，智能相机集成了图像采集单元、图像处理单元、图像处理软件、网络通信装置等，经过专业人员进行可靠性设计，其效率及稳定性都较高。同时，由于其硬件电路均已固定，缺少了设计的灵活性;基于PC的视觉系统主要由相机、采集/处理卡及PC机组成。由于用户可根据需要选择不同类型的产品，因此，其设计灵活性较大。同时，当产品来自于不同的生产厂家时，这种设计的灵活性可能会带来部件之间不兼容性或可靠性下降等问题。
(3) 软件比较
 从某程度上来说，智能相机是一种比较通用的机器视觉产品，它主要解决的是工业领域的常规检测和识别应用，其软件功能具有一定的通用性。由于智能相机已固化了成熟的机器视觉算法，用户无需编程，就可实现有/无判断、表面/缺陷检查、尺寸测量、边缘提取、Blob、灰度直方图、OCR/OCV、条码阅读等功能。基于PC的视觉系统的软件一般完全或部分由用户直接开发，用户可针对特定应用开发适合自己的专用算法。另一方面，由于用户的软件研发水平及硬件支持的不同，导致由不同用户开发的同一种应用系统的差异较大。
 
  智能相机的与基于PC的视觉系统的基本特性比较如附表所示:
 
表 1 基本特性比较
5 智能相机的应用
 智能相机不会有人眼的疲劳，有着比人眼更高的分辨精度和速度，借助红外线、紫外线、X 射线、超声波等高新探测技术，它在探测不可视物体和高危险场景时，更具有其突出优点。 智能相机技术现已得到广泛的应用。
（1） 在工业检测中的应用
 目前，智能相机已成功地应用于工业检测领域，大幅度地提高了产品的质量和可靠性，保证了生产的速度。 例如产品包装、印刷质量的检测，饮料行业的容器质量检测，饮料填充检测，饮料瓶封口检测，木材厂木料检测，半导体集成块封装质量检测，卷钢质量检测，关键机械零件的工业CT等 。 在海关，应用X射线和机器视觉技术的不开箱货物通关检验，大大提高了通关速度，节约了大量的人力和物力。 在制药生产线上，智能相机可以对药品包装进行检测，以确定是否装入正确数量的药粒。
（2） 在农产品分选中的应用
 我国是一个农业大国，农产品十分丰富，对农产品进行自动分级，实行优质优价，以产生更好的经济效益，其意义十分重大。 如水果，根据颜色、形状、大小等特征参数;禽蛋，根据色泽、重量、形状、大小等外部特征；烟叶，根据其颜色、形状、纹理、面积等进行综合分级。 此外，为了提高加工后农产品的品质，对水果的坏损部分、粮食中混杂的杂质、烟叶茶叶中存在的异物等都可以机器视觉系统进行检测并准确去除。 随着工厂化农业的快速发展，利用智能相机对作物生长状况进行监测，实现科学浇灌和施肥，也是一种重要应用。
（3） 在机器人导航和视觉伺服系统中的应用
 赋予机器人视觉是机器人研究的重要课题之一，其目的是要通过图像定位、图像理解，向机器人运动控制系统反馈目标或自身的状态与位置信息，使其具有在复杂、变化的环境中自适应的能力。 例如机械手在一定范围内抓取和移动工件，摄像机利用动态图像识别与跟踪算法，跟踪被移动工件，始终保持其处于视野的正中位置。
（4） 在医学中的应用
 在医学领域，智能相机用于辅助医生进行医学影像的分析，主要利用数字图像处理技术、信息融合技术对X 射线透视图、核磁共振图像、CT 图像进行适当叠加，然后进行综合分析;还有对其它医学影像数据进行统计和分析，如利用数字图像的边缘提取与图像分割技术，自动完成细胞个数的计数或统计，这样不仅节省了人力，而且大大提高准确率和效率。
（5） 其它方面
在闭路电视监控系统中，智能相机被用于增强图像质量，捕捉突发事件，监控复杂场景，鉴别身份，跟踪可疑目标等，它能大幅度地提高监控效率，减少危险事件发生的概率。 在交通管理系统中，智能相机被用于车辆识别、调度，向交通管理与指挥系统提供相关信息。 在卫星遥感系统中，机器视觉技术被用于分析各种遥感图像，进行环境监测、地理测量，根据地形、地貌的图像和图形特征，对地面目标进行自动识别、理解和分类等。
6 智能相机的发展趋势
 由于智能相机具有体积小、多功能、方便易用等特点，在多种领域具有广阔的应用前景，这也正是越来越多的相机和板卡制造商都在开发Smart Camera系统的主要原因。在可以预见的将来，Smart Camera将呈现以下的发展趋势:
(1) 接口的标准化
 由于在工业控制领域存在着大量通信需求，因此，智能相机的接口将支持越来越多的通用协议，包括SMTP、FTP、DHCP、DNS、TCP/IP客户服务器、Telnet等。
(2) 系统模块化
 将光源，电源，控制模块甚至一些传感器集成到整个系统的软硬件中，这样使应用起来更加方便，系统的稳定性也更高。
(3) 专业化
 开发商们倾向于开发出适用于某些行业、某些特定应用的智能相机。由于这些行业的企业较多比，市场容量也比较大。另外某些工序的检测内容比较固定，可以通过较少的硬件和软件算法来构成系统，这样既可以达到很高的效率又可以使成本降低。
(4) 大面阵和高速化
 在许多工业检测应用中，要求相机具有较高的分辨率和帧速，以满足对微小尺寸物体及运动目标的检测要求。因此，大面阵和高速化也将成为智能相机的发展发向之一。半导体技术及CCD技术的飞速发展，为实现智能相机的大面阵和高速化提供了技术基础。
7 结语
 智能相机的诞生和应用，极大地解放了人类劳动力，提高了生产自动化水平，改善了人类生活现状，其应用前景极为广阔。随着智能相机的接口的标准化、系统模块化、专业化、大面阵和高速化的不断发展，其必将在机器视觉领域开拓出更广阔的应用前景。

参考文献：
[1]  北京凌云光视数字图像公司. CCD＆CMOS图像和机器视觉产品手册.
[2] 杨 崴,丁少华. PC式视觉系统与嵌入式视觉系统的比较.
[3] Cognex公司. Machine Builders Brochure.　
[4]第二届机器视觉技术及工业应用国际研讨会演讲稿.
[5] Vision Components.Technical Documentation VC20xx and VC20xx/E Series.
[6] Vision Components.Technical Documentation VCRT5 Manual.
[7] Vision Components.Documentation of the image processing library VCLIB version 3.0