奧地利自動化解決方案提供商digMAR公司為德國地毯和紡織品切割機供應商KURIS公司開發了一套3D圖像處理系統。這套多相機機器視覺系統設計用于掃描紡織材料，可以自動計算基于材料高度特性的最佳切割坐標，以引導和控制切割設備。

KURIS公司為紡織和汽車行業提供全面的材料鋪展和切割設備，目前已經有超過10，000臺設備在世界各地運轉。當KURIS公司需要一種可擴展的定制3D解決方案時，他們選擇了digMAR公司，因為后者在軟件和系統開發方面具備豐富的經驗，并且重點關注數字圖像處理。

圖1：KURIS公司的地毯切割機采用了digMAR公司開發的嵌入相機中的3D激光三角測量技術，以實現實時質量控制。

因為檢測諸如紡織品等此類超寬幅面和快速移動的web材料，通常需要大型3D數據流的高速、高吞吐量處理，所以工程師們選用了德國智能相機制造商NET New ElectronicTechnology公司的GigEPRO相機。GigEPRO相機號稱采用“開放式相機概念”，其將一臺標準的GigE Vision相機與一個開放的FPGA處理引擎相合。

這種架構允許在相機中集成的FPGA上執行標準或定制算法，從而緩解計算密集的主機PC的任務。這樣一來，從相機傳送到主機PC處理的數據量將顯著減少，并且在這種特定應用中，能夠在相機上實時執行3D激光三角測量算法。

“理解了這種應用的苛刻需求，以及KURIS要求嚴格保證光學控制系統的質量，因為這些因素對客戶的生產質量和加工速度會產生重大影響。在這種情況下，digMAR的工程師很快就意識到了GigEPRO相機所能提供的優勢。”NET New ElectronicTechnology公司工業銷售經理Tim Miller說道。

圖2：用戶在相機中集成的FPGA上執行專有算法，允許相機激光系統在3D空間以0.1mm的精度檢測地毯。

相機和SynView SDK開發包完全兼容GigEVision、GenICam和GenTL標準。基于Xilinx公司的Spartan6 FPGA，基本的相機設計為用戶在FPGA中留下了額外的容量以及剩余的DDR存儲空間，這樣用戶可以根據實際應用需求，為相機添加具有專有圖像處理功能的“定制模塊”，也可以開發定制產品。

據Miller介紹，NETNew Electronic Technology公司基于帶有定制模塊的Xilinx集成綜合環境（ISE），為嵌入到相機中的FPGA代碼生成提供工具鏈設置。這種特定的圖像處理應用程序執行3D激光三角測量，同時digMAR的工程師也開發了系統的單色、彩色和組合彩色和3D激光三角測量實現。

“相比于采用標準相機的傳統方法，嵌入到相機中的3D視覺的獨特優勢是：獲得了實時性能和高度可擴展性，”Miller說道，“這樣一來，我們甚至可以解決極端的web寬度問題。”相機輸出高度圖像和所謂的強度圖像，包括原始圖像的灰度值。

圖3：digMAR公司開發的用于實時web檢測的嵌入到相機中的3D視覺系統架構，采用了NET公司集成FPGA的GigE相機。這種開放式相機概念為用戶提供了一種實施專有算法的開發平臺。

“由于NET New ElectronicTechnology公司提供的這種開放式相機平臺，使得KURIS公司能夠在熟悉的環境中，將算法編程到GigEPRO相機中嵌入的FPGA中。”Miller解釋說，“此外，這些算法在FPGA上保持安全，因為它們對第三方訪問安全。而且，未來的軟件和硬件適應性也是可能的。在這方面值得關注的應用有內外輪廓、鉆孔、材料高度等指標的精確檢測。”

該系統實現了高達400mm/s的掃描速度。標準掃描寬度為2100mm，盡管在該應用中客戶需要的掃描寬度為4100mm。由于web幅面寬度超過4m，該解決方案使用了16臺高分辨率GigEPRO相機，具有大約0.42mm/像素的圖像分辨率，用于掃描地毯材料的整個表面。

圖4：分析軟件顯示從3D掃描中計算出的切割坐標。

由于需要較高的地毯切割精度，掃描相機安裝在切割機的梁上，這樣可以單獨掃描真空材料。材料可以手動加載或從卷筒連續進料。

每臺相機與一個激光器和一個光學濾波器配對使用，用于產生幾幅表面輪廓圖像，然后將這幾幅圖像拼接到一起，以產生地毯表面的3D圖像。根據這些數據，具有直觀用戶界面的分析軟件，可以輕松調整邊界尺寸、倒角、拼接尺寸和網格大小等參數。該軟件包括預定義的計算模式，如自由形式、四邊形和矩形、圓形和網格等。

圖5：開放式相機概念的工作流程。利用開放式相機，用戶可以創建嵌入式相機應用解決方案。

“光學檢測需要在所有三維空間實現0.1mm的檢測精度，”Miller說道，“因此，我們在GigEPRO相機中執行了digMAR公司的一種子像素精確分析算法。”