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嵌入式視覺(jué)

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“嵌入式視覺(jué)”是指一種通過(guò)視覺(jué)方法去理解周邊環(huán)境的機(jī)器。嵌入式視覺(jué)涉及到兩種技術(shù):嵌入式系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)(有時(shí)也稱為機(jī)器視覺(jué))。本文詳細(xì)介紹了嵌入式視覺(jué)系統(tǒng),機(jī)器視覺(jué)嵌入式,嵌入式視覺(jué)方案等內(nèi)容。

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嵌入式視覺(jué)簡(jiǎn)介

  “嵌入式視覺(jué)”是指一種通過(guò)視覺(jué)方法去理解周邊環(huán)境的機(jī)器。嵌入式視覺(jué)涉及到兩種技術(shù):嵌入式系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)(有時(shí)也稱為機(jī)器視覺(jué))。嵌入式系統(tǒng)可以是任何基于微處理器的系統(tǒng),它們完成特定的工作,且隨處可見(jiàn),例如:汽車、廚房、消費(fèi)電子、醫(yī)療器械等等;計(jì)算機(jī)視覺(jué)則使用數(shù)字處理和智能算法去理解圖像或者視頻,它是一個(gè)已經(jīng)被研究很久,但仍然方興未艾的領(lǐng)域?,F(xiàn)在,由于高計(jì)算能力、低價(jià)格且低功耗的處理器的出現(xiàn),越來(lái)越多的計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用可以在嵌入式系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn);另一方面,由于需求之廣泛,嵌入式視覺(jué)的設(shè)備市場(chǎng)和微處理器市場(chǎng)均正獲得高速發(fā)展。

嵌入式視覺(jué)百科

  “嵌入式視覺(jué)”是指一種通過(guò)視覺(jué)方法去理解周邊環(huán)境的機(jī)器。嵌入式視覺(jué)涉及到兩種技術(shù):嵌入式系統(tǒng)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)(有時(shí)也稱為機(jī)器視覺(jué))。嵌入式系統(tǒng)可以是任何基于微處理器的系統(tǒng),它們完成特定的工作,且隨處可見(jiàn),例如:汽車、廚房、消費(fèi)電子、醫(yī)療器械等等;計(jì)算機(jī)視覺(jué)則使用數(shù)字處理和智能算法去理解圖像或者視頻,它是一個(gè)已經(jīng)被研究很久,但仍然方興未艾的領(lǐng)域?,F(xiàn)在,由于高計(jì)算能力、低價(jià)格且低功耗的處理器的出現(xiàn),越來(lái)越多的計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用可以在嵌入式系統(tǒng)上實(shí)現(xiàn);另一方面,由于需求之廣泛,嵌入式視覺(jué)的設(shè)備市場(chǎng)和微處理器市場(chǎng)均正獲得高速發(fā)展。

  嵌入式視覺(jué)的應(yīng)用

  很明顯,嵌入式視覺(jué)技術(shù)能夠?yàn)槎喾N應(yīng)用帶來(lái) 巨大的價(jià)值。根據(jù)IHS的最新研究預(yù)測(cè),汽車應(yīng)用將是2013年嵌入式視覺(jué)市場(chǎng)發(fā)展的主要推動(dòng)力。2013年車載用途的機(jī)器視覺(jué)處理器利潤(rùn)預(yù)計(jì)會(huì)達(dá)到1.51億美元,而2011年和2012年的利潤(rùn)分別是1.26億和1.37億美元。研究報(bào)告另外指出,在未來(lái)幾年,該市場(chǎng)將持續(xù)每年6-9%的增長(zhǎng)

  速度。到2016年,利潤(rùn)將達(dá)到1.87億美元,相當(dāng)于6年CAGR達(dá)到8.2%。HIS的嵌入式處理器主任分析師,Tom Hackenberg表示,“嵌入式視覺(jué)可以從很對(duì)方面改善汽車的安全性和使用方便性,在某些應(yīng)用中起到關(guān)鍵性的作用,比如車道偏離告警系統(tǒng),碰撞警告系統(tǒng),自動(dòng)泊車系統(tǒng),疲勞偵測(cè)系統(tǒng),盲區(qū)檢測(cè)系統(tǒng)”,“車載領(lǐng)域的整個(gè)嵌入式視覺(jué)市場(chǎng),裝備量非常大,增長(zhǎng)速度也非???rdquo;。 嵌入式視覺(jué)技術(shù)在汽車領(lǐng)域的成功案例包括Mobileye基于視覺(jué)的輔助駕駛系統(tǒng),iOnRoad輔助駕駛應(yīng)用和Roadefend徑衛(wèi)視覺(jué)駕駛員疲勞預(yù)警系統(tǒng)等,這些系統(tǒng)可以有效降低交通事故發(fā)生的幾率。

  嵌入式視覺(jué)使用的其余2大市場(chǎng)是傳統(tǒng)的工業(yè)視覺(jué)應(yīng)用市場(chǎng),和安防應(yīng)用市場(chǎng)。例如以色列IOImage智能視頻安防系統(tǒng),以其高性能、易用性文明于業(yè)界。另一個(gè)案例是MG國(guó)際公司的泳池安全系統(tǒng),旨在通過(guò)智能視頻監(jiān)控,防止游泳溺水。在工業(yè)視覺(jué)應(yīng)用領(lǐng)域,ABB,F(xiàn)UNUC(日本),三菱,川崎等公司,通過(guò)嵌入式視覺(jué)系統(tǒng)在工業(yè)機(jī)器人上的應(yīng)用,處于領(lǐng)先地位。

  另外,嵌入式視覺(jué)在軍事領(lǐng)域獲得了廣泛應(yīng)用,包括視覺(jué)引導(dǎo)的導(dǎo)彈、無(wú)人偵察機(jī)、軍事機(jī)器人等。在高級(jí)的電子游戲機(jī)系統(tǒng)中,例如Xbox中,我們也能找到嵌入式視覺(jué)技術(shù)應(yīng)用的蹤跡。

  正如同高速無(wú)線互聯(lián)是從高成本新奇技術(shù)起步一樣,目前為止,嵌入式視覺(jué) 一般只用于復(fù)雜昂貴的系統(tǒng)中,例如,毛發(fā)移植的手術(shù)機(jī)器人,制造業(yè)的質(zhì)量控制檢查系統(tǒng)等。

  如何使用純FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌入式視覺(jué)方案

  嵌入式視覺(jué)是當(dāng)今科技最激動(dòng)人心的領(lǐng)域之一。

  關(guān)于使用Zynq SoC的嵌入式視覺(jué)應(yīng)用,熱心群眾們說(shuō)的太多,我就不贅述了。今天我們換一個(gè)新的視角,來(lái)看看如何使用純FPGA來(lái)實(shí)現(xiàn)嵌入式視覺(jué)方案。

  這篇文章,將帶你了解如何使用Digilent Nexys Video Artix-7 FPGA多媒體音視頻開發(fā)板來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的HDMI輸入/輸出視頻處理系統(tǒng)。特別是如果你是一名新手,通過(guò)本文,你會(huì)對(duì)基于FPGA的視頻處理有更多基本的理解。

  

  坦白說(shuō),Digilent Nexys Video開發(fā)板可能是市面上性價(jià)比最高的音視頻處理FPGA口袋實(shí)驗(yàn)室了。作為一款專用于音視頻處理教學(xué)以及視頻和視覺(jué)應(yīng)用原型開發(fā)的評(píng)估板,此板搭載了Xilinx Artix-7系列中資源最大的器件Aritx-7 XC7A200T FPGA。

  今天我們就來(lái)介紹一下如何使用Nexys Video來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)簡(jiǎn)單的HDMI輸入/輸出視頻處理系統(tǒng)。先來(lái)看下此板所集成的支持視頻接收、處理和生成/輸出的下列I/O和外設(shè)接口:

  HDMI輸入

  HDMI輸出

  顯示輸出端口

  以太網(wǎng)

  UART

  USB

  512MB DDRSDRAM

  線路輸入(Line In)/麥克輸入/耳機(jī)輸出/線路輸出(Line Out)

  FMC

  使用VHDL與RTL方法,要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的圖像處理流水線,我們需要實(shí)現(xiàn)如下架構(gòu):

  

  監(jiān)控處理器(本例中采用Xilinx Artix-7 FPGA實(shí)現(xiàn)的MicroBlaze軟核RISC處理器)用于監(jiān)控與用戶接口間的通信并根據(jù)應(yīng)用的要求配置圖像處理流水線。在本例這個(gè)簡(jiǎn)單的架構(gòu)中,HDMI輸入口接收的數(shù)據(jù)從原始的并行格式的視頻數(shù)據(jù)、Hsync和VSync轉(zhuǎn)換為AXI Streaming(AXIS)格式。我們想要將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成AXIS格式是因?yàn)閂ivado提供多個(gè)使用這種數(shù)據(jù)格式的圖像處理IP。如果我們使用Vivado HLS來(lái)創(chuàng)建我們自己的圖像處理模塊,那么能夠支持AXIS接口也很重要。

  MicroBlaze處理器需要支持如下外圍設(shè)備:

  AXI UART – 支持系統(tǒng)的通信和控制

  AXI Timer – 使MicroBlaze可以實(shí)時(shí)運(yùn)行事件

  MicroBlaze調(diào)試模塊 – 支持MicroBlaze的調(diào)試

  MicroBlaze本地存儲(chǔ) – 連接到DLMB和ILMB(數(shù)據(jù)&指令本地存儲(chǔ)總線)

  我們將使用存儲(chǔ)接口生成器來(lái)創(chuàng)建與板上SDRAM對(duì)接的DDR接口。這個(gè)接口和SDRAM創(chuàng)建了一個(gè)公共的存儲(chǔ)框架,可以訪問(wèn)圖像處理管道以及使用AXI interconnect訪問(wèn)監(jiān)控處理器。

  創(chuàng)建一個(gè)簡(jiǎn)單的圖像處理流水線需要使用如下IP:

  DVI2RGB – Digilent提供的HDMI輸入IP

  RGB2DVI – Digitlent提供的HDMI輸出IP

  Video In to AXI4-Stream – 將并行視頻輸入轉(zhuǎn)換為AXI Streaming協(xié)議(Vivado IP)

  AXI4-Stream to Video Out – 將AXI-Stream轉(zhuǎn)換為并行視頻輸出(Vivado IP)

  Video Timing Controller Input – 檢測(cè)輸入視頻流參數(shù)(Vivado IP)

  Video Timing Controller Output – 生成輸出視頻流時(shí)序參數(shù)(Vivado IP)

  Video Direct Memory Access – 支持圖像寫入和從DDR SDRAM讀出

  視頻處理鏈的核心是VDMA,我們借助它來(lái)將圖像移動(dòng)到DDR內(nèi)存中。

  

  上圖展示了IP如何將流式數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為讀和寫管道中內(nèi)存映射的數(shù)據(jù)。兩個(gè)VDMA通道都提供了在流式數(shù)據(jù)和內(nèi)存映射數(shù)據(jù)之間轉(zhuǎn)換的能力。寫通道支持流到內(nèi)存映射的轉(zhuǎn)換而讀通道提供內(nèi)存映射到流的轉(zhuǎn)換。

  當(dāng)把所有這些集中到Vivado中創(chuàng)建初始的基本系統(tǒng),我們得到了如下架構(gòu),這是Nexys Video HDMI示例提供的。

  

  嵌入式視覺(jué)解決方案

  嵌入式視覺(jué)技術(shù)為許多激動(dòng)人心的新興應(yīng)用進(jìn)入市場(chǎng)提供了光明的前景。這些新興應(yīng)用包括用于M2M應(yīng)用中的工業(yè)顯示系統(tǒng)、工業(yè)4.0解決方案、高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)和車載信息娛樂(lè)系統(tǒng)、數(shù)碼單反相機(jī)、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)系統(tǒng)和醫(yī)療設(shè)備。

  萊迪思的產(chǎn)品系列能夠?qū)崿F(xiàn)靈活的解決方案以滿足當(dāng)今嵌入式視覺(jué)設(shè)計(jì)工程師的需求,如不斷變化的接口、低功耗圖像信號(hào)處理和硬件加速。

  萊迪思攜手合作伙伴助您實(shí)現(xiàn)適用于網(wǎng)絡(luò)邊緣嵌入式視覺(jué)處理應(yīng)用的靈活、低功耗的解決方案。

  嵌入式視覺(jué)系統(tǒng)

  在當(dāng)今所有行業(yè)中攝像頭應(yīng)用的數(shù)量都在不斷增長(zhǎng),更加智能的應(yīng)用得以實(shí)現(xiàn)。像目標(biāo)識(shí)別、深度感知、碰撞規(guī)避和決策制定的概念正在深入我們的家庭生活、城市環(huán)境、工廠和汽車所使用的設(shè)備中。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)。

  Embedded Vision Systems Block Diagram

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嵌入式視覺(jué)知識(shí)

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嵌入式視覺(jué)技術(shù)

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MIPI A-PHY攝像頭模組

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2022-08-31 標(biāo)簽:攝像頭嵌入式視覺(jué)Valens 1529 0

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2022-07-14 標(biāo)簽:算法超低功耗ML 848 0

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