NI視覺系統由數據采集相機和用于圖像處理和I/O操作的控制器組成。 NI提供了各種可用作為視覺系統控制器的產品。 每種產品都有其獨特的功能，適用于不同的應用。 其中部分差異在于處理性能、相機連接與I/O選項。 本文提供了相關產品介紹及其如何應用于視覺系統中。
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1. NI工業控制器

NI工業控制器是高性能的無風扇控制器，提供了最高級別的處理能力和連接性，適用于極端環境的自動化圖像處理和控制應用。

圖1. NI工業控制器可連接GigE Vision與USB3 Vision相機。

這些控制器搭載了最新的Intel Core處理器與Xilinx Kintex-7 FPGA，可進行FPGA圖像協處理，適合高性能的機器視覺應用。 NI工業控制器可連接GigE Vision與USB3 Vision相機。 此外還提供了用于雙屏人機界面(HMI)的DisplayPort、工業通信端口與工業數字I/O，以便用戶使用LabVIEW FPGA模塊來進行自定義。 NI工業控制器采用GigE Vision標準，因而具有高級同步功能，例如基于以太網總線的確定性相機觸發以及使用簡易的API將分類/淘汰系統的視覺檢測結果緊密同步的隊列脈沖支持。 NI工業控制器提供了豐富的相機連接與高處理性能，可幫助您解決視覺應用的高帶寬和低延遲需求。

2. Compact視覺系統

Compact視覺系統(CVS)是一種堅固耐用的自動化控制器，在小巧的外形結構中結合了相機連接、開放式通信與基于FPGA的I/O。 CVS專門用于實時采集并處理來自多個相機的圖像，并且提供出色的靈活性、集成度與堅固性，適合多種工業級檢測、校準與OEM視覺應用。

2. CVS可連接到多種GigE Vision與USB3 Vision相機。

CVS搭載了Intel Atom處理器，且兼容GigE Vision或USB3 Vision相機。 系統包含了實時顯示、工業通信端口以及可通過LabVIEW FPGA模塊進行自定義的工業數字I/O。 與工業控制器相似，NI CVS-1457RT和NI CVS-1458RT也具有高級同步功能，例如基于以太網總線的確定性相機觸發以及使用簡易的API將分類/淘汰系統的視覺檢測結果緊密同步的隊列脈沖支持。 借助NI CVS，您就可獲得所需的靈活性、機型、性能與功能來滿足最棘手的視覺應用需求。

3. CompactRIO

CompactRIO控制器采用了最新的Intel Atom處理器與Xilinx Kintex-7 FPGA， 提供了與GigE Vision和USB3 Vision相機的連接選項，且可向后兼容USB 2.0。

圖3. CompactRIO結合了USB與Gigabit以太網相機連接選項和模塊化I/O。

該處理器運行的是確定、可靠的NI Linux Real-Time操作系統，可實現網絡通信、數據記錄、控制和處理等應用。 用戶可編程的FPGA使您能夠自定義開發硬件來實現高速控制、在線數據處理或復雜的定時和觸發。 此外，FPGA也能用于FPGA圖像協處理，可減少延遲與處理時間，使相機可用作為閉路控制應用的輸入。 CompactRIO控制器也提供了多個插槽來集成數百個C系列I/O模塊，使得I/O和傳感器連接功能可輕松集成到視覺系統中。

4. 堅固的組成結構

NI工業控制器、CVS 與CompactRIO控制器采用無風扇設計，提供了固態硬盤驅動與更寬的工作溫度范圍，這不僅能降低維護需求，還可提高穩定性，從而可滿足制造與嵌入式視覺應用的嚴苛需求。 確定的NI Linux Real-Time操作系統還可提高系統的運行可靠性，無需像Windows系統那樣經常需要IT部門進行更新和干預。

圖4. NI工業控制器、CVS與CompactRIO控制器在小巧堅固的封裝中提供強大的處理性能。

除了堅固性之外，尺寸也是工業與嵌入視覺應用考量的一個主要機械因素。 這些產品以小巧的封裝集成了所有的功能，減少了制造與嵌入式系統的占用空間。

5. 龐大的軟件生態系統

NI工業控制器、CVS與CompactRIO控制器均基于LabVIEW可重配置I/O(RIO)架構，可通過熟悉的LabVIEW開發環境進行編程。

圖5. LabVIEW RIO架構結合實時處理器與FPGA來連接傳感器和I/O。

NI Linux Real-Time操作系統可幫助開發人員利用Linux社區提供的龐大軟件生態系統進行創新。 此外，NI Linux Real-Time操作系統可支持Eclipse開發環境，使得工程師能夠重復利用現有的C/C++代碼或開發技能。 現在工程師也可以把代碼庫集成至LabVIEW Real-Time應用程序中，甚至可以自行開發獨立的可執行文件，直接連接LabVIEW FPGA應用程序。 此外，工程師可根據任務需求和自身的技能選擇最合適的工具，靈活進行開發。

6. 相機連接

這些系統支持各種圖像傳感器類型，包含紅外線(熱)、線掃描、彩色、面掃描與3D激光三角測量等傳感器。

圖6. CVS提供了USB 3.0與Gigabit以太網相機的連接選項。

NI工業控制器與NI CVS-1459RT均可通過兩個專用USB 3.0端口提供同時支持多個相機，專用USB 3.0端口為所有兼容USB3 Vision的相機提供了完整的USB SuperSpeed帶寬。 NI控制器、CompactRIO與NI CVS-1457RT都可通過獨立的Gigabit以太網端口同時支持多個兼容GigE Vision的相機。 通過這些相機連接選項，用戶就可以使用各種圖像傳感器類型，包含紅外線(熱)、線掃描、彩色、面掃描與3D激光三角測量等傳感器。 NI工業控制器與CompactRIO控制器采用GigE端口以太網供電(PoE)技術，可通過以太網總線為相機供電，進一步減少系統復雜度與連線需求。

搜索相機網絡，查看系統可兼容的相機。

7. 實時顯示器和HMI

通過內置的VGA連接端口和DisplayPort，NI視覺系統可輸出檢測過程中的實時圖像與合格/淘汰結果。 您可以通過編程修改所有用戶可定義的圖像覆蓋，自定義創建用戶顯示畫面。

圖7. HMI上的自定義實時顯示界面。

此外，任何Windows 7或Windows Embedded 7觸摸計算機上的網頁瀏覽器都可作為操作界面來選擇檢測項目、更新參數或調節新零件。 NI視覺軟件提供了更多功能，可進一步自定義CVS的HMI。

8. 工業通信與I/O

NI工業控制器與CVS都配備24個可重配置數字I/O通道：8個5-24 VDC隔離輸入通道、8個5-24 VDC隔離輸出通道、8個雙向TTL通道，以及2個可作為正交編碼輸入的雙向差分RS422通道。 這些通道具有內置的功能來生成選通脈沖、觸發及數字通道讀寫信號。 通過這些信號，您就可靈活地控制照明或相機、同步傳送帶或是將可編程邏輯控制器(PLC)集成到NI CVS中。

NI工業控制器、CVS與CompactRIO控制器也支持Vision RIO API，使用戶可輕松配置隊列或脈沖。 因此這些控制器提供了一個可靠的硬件定時方法，以便利用外接I/O (比如輸送帶與淘汰系統)緊密同步視覺檢測結果。

此外，系統還可以使用Ethernet/IP、RS232/RS485、Modbus串行、Modbus/TCP等工業協議來傳送指令與數據給其他設備，比如PLC與操作界面。 通過企業連接功能，您還可監測檢測結果、查看圖像或是把數據儲存在數據庫中進行統計過程控制。 這些系統還配備了用于網絡連接的專用Gigabit以太網端口、用戶可選的RS-232/RS-485串行端口以及兩個用于外接數據存儲器的高速USB連接端口。

9. 基于LabVIEW FPGA的靈活I/O

NI工業控制器與CVS上的數字I/O通道以及CompactRIO內的C系列模塊都可直接連接至可重配置FPGA。 如果應用需求包含了專用定時或自定義I/O行為，則可使用LabVIEW FPGA來重新配置數字I/O通道以實現更多功能，比如自定義觸發、定時、PWM輸出、自定義數字協議與高速計數器等。

LabVIEW FPGA模塊將LabVIEW圖形化開發平臺擴展至FPGA，使得用戶能夠使用其他底層軟件工具與硬件描述語言(HDL)輕松地編寫I/O接口與數據通信機制， 這樣您便可更高效和有效地在NI CVS系統上自定義FPGA。

10. 軟件

近20年來，NI視覺軟件提供了一個全面的成像函數庫來幫助您開發各種圖像采集與處理應用。 您可以結合視覺開發模塊使用LabVIEW 系統設計軟件或直接使用用于視覺檢測的NI視覺生成器(Vision Builder AI)來編程NI工業控制器與CVS。 CompactRIO設備必須使用LabVIEW與視覺開發模塊進行編程，因為配置C系列I/O模塊需要額外的功能。 總之，LabVIEW視覺開發模塊與Vision Builder AI都有助于實現以下功能：

利用數百個圖像處理算法

根據多個檢測結果作出決策

通過可自定義的部署界面查看結果

使用I/O與工業通信協議來傳輸結果

圖8. (a) Vision Builder AI配置界面
(b) LabVIEW Project Explorer、前面板和程序框圖

LabVIEW與視覺開發模塊適用于所有NI視覺硬件產品。 所以您只需學習一組視覺軟件，這樣就可大幅降低維護系統或開發新應用的時間并成本，并可自由地選擇適合每個應用的硬件，比如工業控制器、CVS或CompactRIO控制器。 所有NI視覺軟件都隨附視覺采集軟件，視覺采集軟件是一組用于IEEE 1394、GigE Vision、USB3 Vision相機的驅動程序，可結合其他NI視覺硬件支持各種不同的相機。

圖9. NI視覺軟件支持所有NI視覺硬件。