現(xiàn)有的大多數(shù)機(jī)器人,都采用單片機(jī)作為控制單元,以8位和16位最為常見(jiàn),其處理速度較低,沒(méi)有操作系統(tǒng),無(wú)法實(shí)現(xiàn)豐富的多任務(wù)功能,系統(tǒng)的潛力沒(méi)有得到充分的發(fā)掘和應(yīng)用。隨著科技的發(fā)展和更多業(yè)務(wù)需求的增長(zhǎng),嵌入式視覺(jué)系統(tǒng)也迎來(lái)了更多的挑戰(zhàn),比如功耗、復(fù)雜的算法、處理器的性能、更高的圖像分辨率等,人們需要的是更加智能化的系統(tǒng),嵌入式視覺(jué)系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)智能化系統(tǒng)重要的組成部分。
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(guò)過(guò)去10年的發(fā)展CMOS與其的差距也越來(lái)越小了,在功耗、成本和功耗方面大有超過(guò)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(zhuān)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)選擇合適的處理器。
嵌入式視覺(jué)系統(tǒng)具有易學(xué)、易用、易維護(hù)、易安裝等特點(diǎn),可在短期內(nèi)構(gòu)建起可靠而有效的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng),從而極大的進(jìn)步了應(yīng)用系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)速度。嵌入式視覺(jué)是機(jī)器人的一個(gè)極好解決方案,尤其是將相機(jī)集成到機(jī)器人的手臂上時(shí)。在機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域,典型的相機(jī)集成工作是通過(guò)GigE或USB接口實(shí)現(xiàn)的,這可以說(shuō)是一種將相機(jī)連接到PC(或IPC)的即插即用解決方案。與制造商的軟件開(kāi)發(fā)工具包(SDK)一起使用,可以輕松訪(fǎng)問(wèn)相機(jī),這一工作原理也可以遷移到嵌入式系統(tǒng)中。
在國(guó)內(nèi)外研究中,嵌入式機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方式主要有三種:
(1)基于標(biāo)準(zhǔn)總線(xiàn),采用DSP作為運(yùn)算和控制處理器的系統(tǒng)。DSP芯片雖然能夠處理大量信息和高速運(yùn)行,但其I/O接口單一,不易擴(kuò)展,控制能力較弱,尚存在一定局限性。
(2)基于DSP+FPGA的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)。FPGA與DSP的結(jié)合,可實(shí)現(xiàn)寬帶信號(hào)處理,大大提高信號(hào)處理速度,但FPGA使用的是硬件描述語(yǔ)言,其算法開(kāi)發(fā)具有很大的難度,功能實(shí)現(xiàn)由硬件控制,系統(tǒng)受環(huán)境影響較大。
(3)采用ARM微處理器或采用ARM+DSP構(gòu)建方式的機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng),這種構(gòu)建方式人機(jī)交互功能強(qiáng)大,集成度高、實(shí)時(shí)性好、支持多任務(wù),但該系統(tǒng)中ARM與DSP的數(shù)據(jù)交換方法仍采用外部電路連接,增加了系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。
機(jī)器人視覺(jué)系統(tǒng)中就可看出嵌入式系統(tǒng)的強(qiáng)大功能與廣闊應(yīng)用領(lǐng)域。在當(dāng)今數(shù)字信息和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)高速發(fā)展的后PC(Post-PC)時(shí)代,嵌入式系統(tǒng)已被廣泛應(yīng)用于移動(dòng)計(jì)算平臺(tái)(PDA、掌上計(jì)算機(jī))、信息家電(數(shù)字電視、機(jī)頂盒、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備)、無(wú)線(xiàn)通信設(shè)備(智能手機(jī)、股票接收設(shè)備)、工業(yè)/商業(yè)控制(智能工控設(shè)備、POS/ATM 機(jī))、電子商務(wù)平臺(tái)、甚至軍事應(yīng)用等諸多領(lǐng)域,其前景無(wú)疑是令人非常樂(lè)觀(guān)的。邊緣計(jì)算需要各種設(shè)備協(xié)同工作以實(shí)現(xiàn)更高的效率。消費(fèi)電子、工業(yè)和汽車(chē)行業(yè)正著眼于FPGA,助力構(gòu)建靈活、智能學(xué)習(xí)的環(huán)境,將理想變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。
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