【中國(guó)傳動(dòng)網(wǎng) 技術(shù)前沿】 隨著處理效能、內(nèi)存密度和系統(tǒng)整合度的提升，嵌入式視覺逐漸擴(kuò)增到新興應(yīng)用領(lǐng)域，市場(chǎng)規(guī)模在十年內(nèi)必有顯著增長(zhǎng)。而伴隨著應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越多元化，嵌入式視覺系統(tǒng)有沒有面臨怎樣的挑戰(zhàn)？

所謂嵌入式視覺系統(tǒng)包含從所選的影像傳感器接收光子到系統(tǒng)輸出的整個(gè)訊號(hào)鏈。從接收端的影像中擷取處理或未處理的影像或信息，并提供予下游系統(tǒng)，為嵌入式系統(tǒng)架構(gòu)師則負(fù)責(zé)根據(jù)系統(tǒng)要求確保接收到輸出過程的效能。

首先，我們必須熟悉電磁波譜及期望肉眼可辨識(shí)的范圍僅390nm（藍(lán)光）至700nm（紅光）波長(zhǎng)間的光譜，亦為可見光譜；而根據(jù)選用影像設(shè)備的不同，我們卻能捕捉到更廣泛的波長(zhǎng)影像包括X光、紫外線、紅外線以及可見光譜。針對(duì)近紅外光及以下的光譜范圍，我們可以選用電荷耦合組件（CCD）或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS1）影像傳感器（CIS）；到了紅外光譜范圍，則須使用專用的紅外光檢測(cè)器。紅外光譜之所以需要專用的傳感器，部分原因在于芯片影像傳感器如CCD或CIS需要激發(fā)能。這些組件通常需要1eV的光子能量來(lái)激發(fā)一個(gè)電子，然而在紅外光譜范圍，光子能量介于1.7eV至1.24meV之間，因此紅外影像傳感器應(yīng)基于HgCdTe或InSb。這些低激發(fā)能的傳感器，經(jīng)常與CMOS的讀取IC（ROIC）配合使用，以利傳感器的控制與讀取。

最常見的兩種傳感器技術(shù)分別是CCD和CIS：

電荷耦合組件（CCD）被視為最好的仿真組件，因此若需與數(shù)字系統(tǒng)整合，就需要在一定的模擬電壓下外加ADC及頻率生成功能。每個(gè)像素儲(chǔ)存由光子產(chǎn)生的電荷，且多數(shù)的應(yīng)用是由2D數(shù)組排列成行，每行由多個(gè)像素組成。讀取CCD時(shí)，需透過行與行之間的傳輸，將每行平行傳遞到讀取緩存器，再透過讀取緩存器將每行串行讀取。這個(gè)緩存器的讀取過程中，會(huì)將電荷轉(zhuǎn)換為電壓。

CMOS影像傳感器能讓ADC、偏壓和驅(qū)動(dòng)電路在同一個(gè)芯片上做更緊密的整合，可大幅降低系統(tǒng)對(duì)整合的需求，并同時(shí)提高CIS設(shè)計(jì)的復(fù)雜度。主動(dòng)像素傳感器（APS）是CIS的核心，其中與CCD的不同在于CIS的每個(gè)像素中同時(shí)包含一組光電二極管及讀取放大器，并能單獨(dú)讀取數(shù)組中的任一個(gè)像素。盡管多數(shù)的嵌入式視覺皆采用CIS組件，但CCD仍是高端科學(xué)研究應(yīng)用領(lǐng)域中主要采用的傳感器。

作為系統(tǒng)的輸入CMOS和CCD是目前圖像采集采用的兩種領(lǐng)先技術(shù)，CCD能夠提供更高的圖像質(zhì)量，但是經(jīng)過過去10年的發(fā)展CMOS與其的差距越來(lái)越小，在功耗和成本方面大有超過CCD之勢(shì)。此外很多應(yīng)用都需要高效的并行處理系統(tǒng)，因此需要采用專用的硬件處理器比如GPU、DSP、FPGA和多核（mulTI-core）SoC，但是這無(wú)疑會(huì)增加系統(tǒng)的成本、功耗和PCB尺寸等，因此一款經(jīng)濟(jì)高效的處理器也是行業(yè)所需。當(dāng)然在實(shí)際應(yīng)用中我們要根據(jù)系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性能、功耗、圖像精度和算法復(fù)雜度來(lái)選擇適合的處理器。為了協(xié)助用戶搭建自己的嵌入式視覺平臺(tái)和產(chǎn)品，Avnet推出了一系列視覺應(yīng)用解決方案，比如PicoZed嵌入式視覺開發(fā)套件，其中，PicoZedSoM集成的是XilinxZynq-7030AllProgammableSoC，此外還包括PicoZed擴(kuò)展板卡V2.0、HDMIFMC擴(kuò)展板卡（集成攝像頭接口）和一個(gè)python-1300-CSXGA（1280x1024）攝像頭模塊。這款PicoZed嵌入式視覺開發(fā)套件fiche適合開發(fā)技巧視覺應(yīng)用，除了硬件、軟件工具和豐富的授權(quán)IP核資源，它還支持reVISIONStack技術(shù)棧，reVISONStack包括豐富的設(shè)計(jì)資源，比如算法、硬件加速OpenCV函數(shù)庫(kù)以及目前流行的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練數(shù)據(jù)集。嵌入式視覺系統(tǒng)還在不斷的發(fā)展，在各大產(chǎn)商和工程師們的努力下將會(huì)突破各種瓶頸，在集群視覺、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域獲得更多的應(yīng)用。

面臨瓶頸和挑戰(zhàn)并不可怕，可怕的是原地踏步，沒有向前發(fā)展。伴隨著技術(shù)的發(fā)展，嵌入式視覺系統(tǒng)越來(lái)越多元化。