室內(nèi)機(jī)器視覺用于物體距離檢測的非常常見方法是光檢測和測距（LiDAR），它使用激光來測量物體之間的距離。LiDAR測量反射激光的返回時間和波長，以確定到每個點的距離。但是，LiDAR機(jī)器視覺算法非常復(fù)雜且學(xué)習(xí)曲線陡峭，需要機(jī)器視覺專家來編寫應(yīng)用程序代碼。

 

本文將向開發(fā)人員展示如何針對這些應(yīng)用程序使用Intel的交鑰匙LiDAR相機(jī)來檢測視野中與物體的距離。它解決了在不學(xué)習(xí)機(jī)器視覺技術(shù)和算法復(fù)雜性的情況下將機(jī)器視覺快速添加到新系統(tǒng)或現(xiàn)有系統(tǒng)中的問題。然后，它將展示如何使用高速USB 3.1連接將Intel LiDAR攝像機(jī)與UDOO中的單板計算機(jī)（SBC）配對。

 

室內(nèi)工業(yè)自動化環(huán)境中的機(jī)器視覺

隨著更多設(shè)備被添加到地板上，以及更多的操作員和供應(yīng)品，工業(yè)自動化室內(nèi)環(huán)境變得越來越動態(tài)。所有機(jī)器，傳感器和更高水平的自動化旨在提高效率，同時確保操作員安全。

 

在許多情況下，附加傳感器用于檢測目標(biāo)區(qū)域中的物體，包括人。生產(chǎn)線上的物體可以通過多種方式進(jìn)行檢測，包括檢測由于物體通過而引起的環(huán)境光變化的基本光傳感器，被物體的重量壓下的機(jī)械開關(guān)，或穿過物體的光束。產(chǎn)品滾動時中斷的生產(chǎn)線。雖然這些方法適用于基本的對象檢測，但自動化程度越來越高，需要類似于人眼的更復(fù)雜的視覺檢測。

 

機(jī)器視覺大致類似于增加機(jī)器的視力以識別不同的顏色，區(qū)分物體并識別多種運動。但是，一種常見且高度實用的機(jī)器視覺類型是檢測視野中所有對象的距離。

 

有兩種常見的方法可以對多個對象執(zhí)行距離檢測。首先是雷達(dá)，在室內(nèi)環(huán)境中，當(dāng)務(wù)之急是在不斷暴露于高頻信號下對人體操作者構(gòu)成危險。在室外環(huán)境中，雷達(dá)頻率會從物體反彈，然后無害地散布到周圍環(huán)境中。在室內(nèi)使用時，雷達(dá)會反復(fù)反射多個物體，從而導(dǎo)致強烈的電磁干擾（EMI）。長時間接觸會對操作人員產(chǎn)生長期健康影響。

 

在視場中執(zhí)行多個對象的距離檢測的第二種常用方法是激光測距，也稱為LiDAR。一束或多束激光束對準(zhǔn)要測量距離的物體。將激光束在其原點反射回接收器所花費的時間以及光束的任何相移與發(fā)射激光的時間和相位進(jìn)行比較。一種算法根據(jù)時間和相位差計算到物體的距離，并將其轉(zhuǎn)換為厘米或英寸。

 

單個激光束檢測一個物體的時間和相位差的計算非常簡單。但是，更復(fù)雜的機(jī)器視覺應(yīng)用程序?qū)⑸婕坝嬎阋曇爸袛?shù)十個對象的距離。結(jié)合這些計算以創(chuàng)建距離的可視化圖并非易事，并且會花費大量的開發(fā)時間。

 

機(jī)器視覺與距離檢測

可以快速啟動并運行的機(jī)器視覺應(yīng)用程序的實用解決方案是Intel RealSense 82638L515G1PRQ高分辨率L515 LiDAR深度相機(jī)（圖1）。該相機(jī)的直徑為61毫米（mm），深度為26 mm，并包含一個LiDAR圖像深度單位，紅色，綠色，藍(lán)色（RGB）相機(jī)和一個慣性測量單位（IMU）。LiDAR相機(jī)可以返回1024 x 768或1920 x 1080的圖像位圖，每個像素代表該點到相機(jī)的距離。

 

 

圖1：Intel RealSense L515是一個獨立的高分辨率LiDAR相機(jī)，它還具有RGB相機(jī)和IMU。它可以使用USB 3.1輕松連接到支持的計算機(jī)。（圖片來源：英特爾）

 

英特爾L515 LiDAR攝像機(jī)在其視野中返回該區(qū)域的位圖圖像。但是，LiDAR相機(jī)不是返回該區(qū)域的典型攝影圖像，而是返回圖像，其中每個像素的RGB值表示每個像素距Intel L515相機(jī)的距離。相機(jī)的分辨率為0.25到9米。它還包含一個標(biāo)準(zhǔn)的2兆像素（MP）RGB圖像相機(jī)，在開發(fā)過程中非常有用。建議將其設(shè)計用于室內(nèi)照明，因為它并非設(shè)計用于在陽光充足的地方使用。

 

圖2顯示了Intel L515的示例圖像。攝像機(jī)圖像以前景中的植物為中心，并分為兩部分。左側(cè)以自然色顯示植物和背景的常規(guī)RGB相機(jī)圖像。右側(cè)是每個對象到相機(jī)的距離的直觀表示。前景中的植物顯示為藍(lán)色陰影，而背景中的墻壁顯示為亮橙色。在右側(cè)，墻壁距離相機(jī)中心更遠(yuǎn)，因此圖像變成更深的紅色陰影。

 

英特爾L515 LiDAR攝像機(jī)的圖像

圖2：Intel L515 LiDAR相機(jī)返回RGB圖像（左）和位圖圖像（右），代表對象距相機(jī)的距離。離攝像機(jī)較近的地方顯示為藍(lán)色，而離攝像機(jī)較遠(yuǎn)的地方顯示為深紅色。（圖片來源：英特爾）

 

使用此信息，軟件可以處理圖像數(shù)據(jù)以確定物體和相機(jī)之間的距離。

 

憑借其緊湊的尺寸和高集成度，Intel L515 LiDAR攝像機(jī)適用于必須在新系統(tǒng)或現(xiàn)有系統(tǒng)中快速實現(xiàn)機(jī)器視覺深度感應(yīng)的室內(nèi)工業(yè)自動化應(yīng)用。對于移動系統(tǒng)，Intel L515包含可感應(yīng)±4 g加速度的IMU和可感應(yīng)高達(dá)每秒±1000˚（˚/ s）旋轉(zhuǎn)的陀螺儀。這適用于工業(yè)自動化設(shè)施中使用的大多數(shù)室內(nèi)車輛或機(jī)器人。為IMU編碼固件時必須小心，因為碰到障礙物的車輛或機(jī)器人可能瞬間看到超過4 g s的異常，這是必須考慮的。

 

完整系統(tǒng)中的機(jī)器視覺

英特爾L515可以使用高速USB 3.1接口連接到PC或單板計算機(jī)（SBC）。攝像機(jī)外殼具有USBType-C®連接器，因此可以使用帶有Type C連接器的標(biāo)準(zhǔn)電纜來簡化集成。由于機(jī)器視覺圖像處理可能會占用大量CPU，因此建議您具有足夠的性能，以便可以根據(jù)需要實時處理圖像數(shù)據(jù)集。UDOO KTMX-UDOOBL-V8G.00 Bolt V8是基于四核處理器的高性能SBC，該處理器以2.0 GHz（GHz）（提升3.6 GHz）運行，并受高達(dá)32 GB（DRAM）的DRAM支持。 。對于程序存儲器，它可以使用M.2固態(tài)驅(qū)動器（SSD），并且還支持標(biāo)準(zhǔn)的SATA-3硬盤驅(qū)動器接口。

 

圖3：UDOO Bolt V8是功能強大的SBC，具有運行速度高達(dá)3.6 GHz的四核處理器。它支持M.2和SATA-3外部驅(qū)動器接口，非常多可容納32 GB的DRAM空間，并具有USB 3.1 Type C連接器，可與Intel RealSense L515 LiDAR相機(jī)接口。（圖片來源：ODOO）

 

UDOO Bolt V8具有兩個用于連接到監(jiān)視器的HDMI 1.4視頻接口。為了聯(lián)網(wǎng)，它可以通過板載RJ-45連接器通過有線千兆以太網(wǎng)連接到工廠網(wǎng)絡(luò)。還支持Wi-Fi和藍(lán)牙。通過3.5英寸標(biāo)準(zhǔn)插頭支持立體聲音頻。SBC將運行任何64位x86兼容的操作系統(tǒng)，包括Microsoft Windows和任何64位Linux發(fā)行版。這個功能強大的SBC需要19伏，65瓦的電源來支持2 GHz的性能。

 

對于機(jī)器視覺數(shù)據(jù)算法，UDOO Bolt V8具有足夠的處理能力。它可以通過高速USB 3.1 Type C接口從Intel RealSense L515接收數(shù)據(jù)，并且如有必要，可以在連接到任一HDMI接口的監(jiān)視器上顯示圖像。連接到任一音頻輸出插孔的揚聲器均可發(fā)出聲音警報或警告。

 

結(jié)論

具有深度感測的機(jī)器視覺是一個快速擴(kuò)展的領(lǐng)域，如果從頭開始構(gòu)建，可能需要復(fù)雜的代碼和硬件。將機(jī)器視覺系統(tǒng)與可在預(yù)先編程的固件中執(zhí)行深度計算的統(tǒng)包解決方案集成在一起，可以節(jié)省時間和金錢，從而可以在工業(yè)自動化環(huán)境中快速可靠地使用高性能的機(jī)器視覺系統(tǒng)。