室內機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機器視覺算法非常復雜且學習曲線陡峭，需要機器視覺專家來編寫應用程序代碼。

 

本文將向開發人員展示如何針對這些應用程序使用Intel的交鑰匙LiDAR相機來檢測視野中與物體的距離。它解決了在不學習機器視覺技術和算法復雜性的情況下將機器視覺快速添加到新系統或現有系統中的問題。然后，它將展示如何使用高速USB 3.1連接將Intel LiDAR攝像機與UDOO中的單板計算機（SBC）配對。

 

室內工業自動化環境中的機器視覺

隨著更多設備被添加到地板上，以及更多的操作員和供應品，工業自動化室內環境變得越來越動態。所有機器，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區域中的物體，包括人。生產線上的物體可以通過多種方式進行檢測，包括檢測由于物體通過而引起的環境光變化的基本光傳感器，被物體的重量壓下的機械開關，或穿過物體的光束。產品滾動時中斷的生產線。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雜的視覺檢測。

 

機器視覺大致類似于增加機器的視力以識別不同的顏色，區分物體并識別多種運動。但是，一種常見且高度實用的機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行距離檢測。首先是雷達，在室內環境中，當務之急是在不斷暴露于高頻信號下對人體操作者構成危險。在室外環境中，雷達頻率會從物體反彈，然后無害地散布到周圍環境中。在室內使用時，雷達會反復反射多個物體，從而導致強烈的電磁干擾（EMI）。長時間接觸會對操作人員產生長期健康影響。

 

在視場中執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射激光的時間和相位進行比較。一種算法根據時間和相位差計算到物體的距離，并將其轉換為厘米或英寸。

 

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，更復雜的機器視覺應用程序將涉及計算視野中數十個對象的距離。結合這些計算以創建距離的可視化圖并非易事，并且會花費大量的開發時間。

 

機器視覺與距離檢測

可以快速啟動并運行的機器視覺應用程序的實用解決方案是Intel RealSense 82638L515G1PRQ高分辨率L515 LiDAR深度相機（圖1）。該相機的直徑為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，藍色（RGB）相機和一個慣性測量單位（IMU）。LiDAR相機可以返回1024 x 768或1920 x 1080的圖像位圖，每個像素代表該點到相機的距離。

 

 

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

 

英特爾L515 LiDAR攝像機在其視野中返回該區域的位圖圖像。但是，LiDAR相機不是返回該區域的典型攝影圖像，而是返回圖像，其中每個像素的RGB值表示每個像素距Intel L515相機的距離。相機的分辨率為0.25到9米。它還包含一個標準的2兆像素（MP）RGB圖像相機，在開發過程中非常有用。建議將其設計用于室內照明，因為它并非設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。攝像機圖像以前景中的植物為中心，并分為兩部分。左側以自然色顯示植物和背景的常規RGB相機圖像。右側是每個對象到相機的距離的直觀表示。前景中的植物顯示為藍色陰影，而背景中的墻壁顯示為亮橙色。在右側，墻壁距離相機中心更遠，因此圖像變成更深的紅色陰影。

 

英特爾L515 LiDAR攝像機的圖像

圖2：Intel L515 LiDAR相機返回RGB圖像（左）和位圖圖像（右），代表對象距相機的距離。離攝像機較近的地方顯示為藍色，而離攝像機較遠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據以確定物體和相機之間的距離。

 

憑借其緊湊的尺寸和高集成度，Intel L515 LiDAR攝像機適用于必須在新系統或現有系統中快速實現機器視覺深度感應的室內工業自動化應用。對于移動系統，Intel L515包含可感應±4 g加速度的IMU和可感應高達每秒±1000˚（˚/ s）旋轉的陀螺儀。這適用于工業自動化設施中使用的大多數室內車輛或機器人。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。

 

完整系統中的機器視覺

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（SBC）。攝像機外殼具有USBType-C®連接器，因此可以使用帶有Type C連接器的標準電纜來簡化集成。由于機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，以便可以根據需要實時處理圖像數據集。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32 GB（DRAM）的DRAM支持。 。對于程序存儲器，它可以使用M.2固態驅動器（SSD），并且還支持標準的SATA-3硬盤驅動器接口。

 

圖3：UDOO Bolt V8是功能強大的SBC，具有運行速度高達3.6 GHz的四核處理器。它支持M.2和SATA-3外部驅動器接口，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相機接口。（圖片來源：ODOO）

 

UDOO Bolt V8具有兩個用于連接到監視器的HDMI 1.4視頻接口。為了聯網，它可以通過板載RJ-45連接器通過有線千兆以太網連接到工廠網絡。還支持Wi-Fi和藍牙。通過3.5英寸標準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，包括Microsoft Windows和任何64位Linux發行版。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。

 

對于機器視覺數據算法，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接收數據，并且如有必要，可以在連接到任一HDMI接口的監視器上顯示圖像。連接到任一音頻輸出插孔的揚聲器均可發出聲音警報或警告。

 

結論

具有深度感測的機器視覺是一個快速擴展的領域，如果從頭開始構建，可能需要復雜的代碼和硬件。將機器視覺系統與可在預先編程的固件中執行深度計算的統包解決方案集成在一起，可以節省時間和金錢，從而可以在工業自動化環境中快速可靠地使用高性能的機器視覺系統。