嵌入式视觉技术在2019年取得成果

当2000年第一个摄像头出现在手机上时，它标志着嵌入式视觉进入主流消费市场。该相机拍摄照片的分辨率为0.11万像素。如今，近20年过去了，嵌入式视觉在移动设备中已经无处不在，索尼计划在今年发布具有48mp传感器的IMX586。但并不只是消费者市场渴望嵌入式视觉;这项技术已经扩散到从自动驾驶汽车到仓储物流等多个市场。事实上，嵌入式视觉专家将2019年视为一个重大转折点，因为技术进步使新产品成为可能，并扩大了市场机会。

硅片和芯片的持续小型化可能是嵌入式视觉扩展范围的最大因素。这项技术的进步“显著提高了每个(芯片)区域的处理能力，并降低了这些芯片的相对能量需求，”Allied Vision的产品经理Gion-Pitschen Gross说。

Gross还注意到节能设计的强势崛起，尤其是在ARM的支持下。他说:“所有这些都在很小的空间内增加了处理能力，使我们能够拥有强大的嵌入式电路板，能够处理图像数据，随着摄像机分辨率的增加，处理能力也在增加。”“直到现在，在嵌入式电路板上完成所需的高级处理才成为可能。”

在软件方面，Gross将其归功于Linux操作系统和OpenCV计算机视觉软件库的普及，两者都是免费、开源且稳定的。OpenCV是专为嵌入式和实时系统设计的，包含2500种算法，可用于目标检测、从立体摄像机生成3D点云、图像拼接和面部识别等任务。

Teledyne DALSA亚太地区视觉解决方案技术总监Yvon Bouchard表示，在工业应用方面，企业选择嵌入式视觉是因为它简单、紧凑。应用包括机器人装配、取放和自动光学检测。

关键是使这些系统用户友好，这意味着用户不需要广泛的知识来编写嵌入式视觉系统。Bouchard说:“行业需要尽可能简单地考虑愿景解决方案的维护和部署。”

像这个为MIPI的飞镖BCON开发的工具包允许设计师快速开始他们的工作，为他们的应用进行概念证明。这些结果可以很容易地转化为最终的设计。图片由Basler公司提供。

横跨两个世界
嵌入式视觉技术从消费者市场向工业市场的转变代表了另一个根本性的转变。Basler Inc.销售和FAE模块业务主管Tim Coggins表示:“CMOS传感器技术的进步，加上嵌入式pc的先进发展，使其更快、更小、更强大，从工业角度来看，已经建立了一个新的领域。”

这两个世界之间的转换创造了Coggins所说的中间空间。他表示:“寻求嵌入式视觉的公司希望享受消费者市场提供的价格点，但他们需要机器视觉多年来提供的可靠性和稳健性。”该领域的应用非常广泛，包括零售领域的虹膜检测或面部识别，以及物联网边缘设备、物流、安全和智能交通系统。

在这两个世界之间穿梭，在公司的愿景和购买习惯中是显而易见的。Coggins说:“当人们想要设计一个传统的视觉系统时，他们通常会从相机开始，弄清楚他们需要什么样的分辨率，或者他们将面临什么样的光学挑战。”“在嵌入式视觉市场，他们首先购买处理器，然后是视觉传感器。”

Basler根据客户的应用需求提供了三种级别的嵌入式视觉系统。在入门级是一个现成的，单板相机，接受USB 3.0接口。走向完全嵌入式系统的下一步是LVDS接口的BCON，主要面向模块上系统类型的应用程序中的基于fpga的系统。

最后，带有Basler BCON for MIPI(移动工业处理接口)的dart相机模块采用了高通骁龙系统芯片(SoC)上的图像信号处理器(ISPs)。Coggins说:“通过利用ISP中的工具，我们正在使摄像机模块尽可能精简，从而降低整个视觉系统的总体成本。”

SoC的进步
嵌入式视觉的成功很大程度上归功于SoC，这是一种小型计算机，它提供了嵌入式视觉系统设计的三个主要优点:小尺寸、低能耗和强大的处理能力。此外，SoC架构也开始利用深度学习的优势。

Allied Vision最近发布的ALVIUM技术结合了一个为嵌入式计算机视觉设计的SoC和一个大型图像处理库。“传统的嵌入式视觉系统有某种传感器模块连接到嵌入式板上，”Gross说。“所有的图像处理都在嵌入式板上进行。这可能会带来一个问题，因为嵌入式板必须很小，而且没有足够的功率来进行任何类型的图像处理。”

ALVIUM技术出现在该系列的每一台相机上，车载预处理校正和优化相机内的图像，释放出嵌入式板来执行图像处理算法。格罗斯说:“一些图像预处理现在可以在相机上完成了，这在思维上是一个巨大的改变。”该技术允许行动，如锐度，去阴影，和渐晕校正。

Alvium系列相机采用了Alvium技术，它结合了一个为嵌入式计算机视觉设计的SoC和一个大型图像处理库。图片由Allied Vision提供。

Alvium 1500和Alvium 1800系列相机包括4个从0.5到5万像素的传感器，并计划增加新的传感器达到21万像素。该摄像头支持USB3 Vision和MIPI CSI-2接口，适用于无人机、自动售货机、atm机和机器人等需要小型节能系统的应用。

SoC领域的另一个重要产品是英伟达的Jetson AGX Xavier。该芯片将视觉扩展到边缘，使其成为基于工业的嵌入式应用的理想选择，如拾取和放置，机器人组装和自动化光学检测。Jetson AGX Xavier提供32 TeraOPS(每秒32万亿计算)，以100 mm x 87 mm的小尺寸提供PC主机系统的性能，具有10 W、15 W和30 W的低功耗模式。

一切正常

随着嵌入式愿景的发展，业内人士预计2019年将是一个转折点。Coggins在几个方面都看到了这种趋势，最明显的是更强大的嵌入式处理器的到来。Coggins说:“三、四年前，我们认为嵌入式系统是一种独立的设备，只有一个摄像头。“但随着强大的嵌入式处理器的出现，我们将看到多摄像头系统的能力。”

Coggins还预计，2019年将会有更多公司启动嵌入式视觉项目。“到目前为止，这是一个教育的过程，”Coggins说。“这不再只是讨论或对未来的理论设想。我们现在正全力参与众多项目。”

影响嵌入式视觉的另一个因素是深度学习将发挥的作用。Bouchard说:“最终用户可配置的应用程序利用人工智能快速培训和部署远景解决方案，将对行业产生巨大的影响。”产品范围可能从便携式医疗成像设备到识别作物病害的无人机。

但或许嵌入式视觉技术还有一个更大的机遇:未知。布恰德表示:“总的来说，我们将看到传统产品从未考虑过的视觉问题，我们需要通过深度学习的人工智能方法来解决这个问题。”