空間有限且要求功耗較低的應(yīng)用，通常是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)揮作用的舞臺(tái)。典型的例子是移動(dòng)設(shè)備，從工廠中的移動(dòng)測(cè)試設(shè)備到牙科掃描儀，其中運(yùn)行的都是嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。嵌入式視覺也是機(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)器視覺領(lǐng)域，典型的相機(jī)集成工作是通過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。與制造商的軟件開發(fā)工具包（SDK）一起使用，可以輕松訪問相機(jī)，這一工作原理也可以遷移到嵌入式系統(tǒng)中。

圖1：（a）傳統(tǒng)的基于PC的通用機(jī)器視覺系統(tǒng)；（b）針對(duì)特定解決方案的嵌入式機(jī)器視覺或圖像處理系統(tǒng)的相機(jī)模塊組件，其在性價(jià)比方面更優(yōu)化。

利用單板計(jì)算機(jī)（SBC），基本的集成原理依然不變。低成本且易于獲得的單板計(jì)算機(jī)，在一塊SoC電路板上包含了計(jì)算機(jī)的所有部分——RAM、存儲(chǔ)器插槽、IO端口（USB 3.0、Gig-E等）。

常用的單板機(jī)，如Raspberry Pi或Odroid，都具有兼容的接口（USB /以太網(wǎng)）。還有一些行業(yè)公認(rèn)的來(lái)自Toradex或研華等公司的單板機(jī)，均提供這些標(biāo)準(zhǔn)接口。

圖2：許多相機(jī)制造商提供SDK版本，允許用戶將相機(jī)集成到ARM平臺(tái)上，就像將相機(jī)集成到Windows PC上一樣。

主要區(qū)別在于這些單板機(jī)所配備的處理器類型。雖然已經(jīng)有單板機(jī)提供基于x86架構(gòu)的處理器，但是目前大多數(shù)單板機(jī)上的處理單元使用的都是ARM處理器，因?yàn)樗鼈兊墓母汀?/p>

越來(lái)越多的相機(jī)制造商也提供在ARM平臺(tái)上工作的軟件開發(fā)套件（SDK）版本，以便用戶可以像在Windows PC中集成相機(jī)一樣，以熟悉的方式將相機(jī)集成到ARM平臺(tái)上。

在最好的情況下，SDK為Windows PC和ARM這兩種平臺(tái)提供相同的功能和API（應(yīng)用程序可編程接口），甚至軟件應(yīng)用代碼的一部分可以重用。因此，相比于標(biāo)準(zhǔn)的基于PC的視覺系統(tǒng)，嵌入式視覺系統(tǒng)的相機(jī)集成工作更為簡(jiǎn)單。

當(dāng)需要?jiǎng)冸x更多的冗余處理技術(shù)時(shí)，針對(duì)某些特定應(yīng)用的嵌入式系統(tǒng)，可以做到更精簡(jiǎn)的水平。這就是為什么許多系統(tǒng)是基于模塊系統(tǒng)的（SoM）。這些非常緊湊的板卡式電腦模塊只包含一個(gè)處理器（準(zhǔn)確地說(shuō)，通常是片上系統(tǒng)SoC）、微控制器、存儲(chǔ)器和其他基本元件。

這種SoM需要安裝在載板上，載板上具有為特定接口準(zhǔn)備的插口。有了這樣一個(gè)相對(duì)便宜的載板，系統(tǒng)可以很容易地針對(duì)特定應(yīng)用和系統(tǒng)要求進(jìn)行個(gè)性化設(shè)計(jì)，因?yàn)镾oM是現(xiàn)成的產(chǎn)品，所以可以保證整個(gè)系統(tǒng)設(shè)置的低成本。

通常，這種設(shè)置也可以配備標(biāo)準(zhǔn)接口連接器（如USB）。在這種情況下，即插即用的好處與單板機(jī)或是基于PC的機(jī)器視覺系統(tǒng)是一樣的。但是，這往往不符合非常具體和精簡(jiǎn)的系統(tǒng)設(shè)置的想法。同樣，由于空間、重量或功耗方面的要求，USB接口可能并不合適，相反，會(huì)使用相機(jī)到處理器之間更直接的連接方式。

此外，許多嵌入式視覺系統(tǒng)是基于（或包括）FPGA（現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）模塊的。這些器件對(duì)于立體視覺產(chǎn)品或面部檢測(cè)應(yīng)用中所需要的計(jì)算工作是理想的。

所有這些都是為什么可能需要將相機(jī)直接連接到FPGA或SoC的原因。

特定圖像數(shù)據(jù)傳輸

直接將相機(jī)連接到SoC用于圖像數(shù)據(jù)傳輸，可以通過基于LVDS的連接或MIPI CSI2標(biāo)準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)。這兩種方法在硬件方面都沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)化。這意味著沒有指定的連接器，甚至沒有規(guī)劃電纜內(nèi)的通道數(shù)量。因此，為了連接特定的相機(jī)，通常需要在載板上設(shè)計(jì)匹配的連接器，并且不是標(biāo)準(zhǔn)形式。

MIPI CSI2是來(lái)自移動(dòng)設(shè)備行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)，用于描述信號(hào)傳輸和軟件協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)。很多SoC具有CSI接口，并且有可用于選定的相機(jī)模塊和專用SoC的驅(qū)動(dòng)程序。但是，它們并不以統(tǒng)一工作方式，也沒有通用的驅(qū)動(dòng)程序。因此，可能需要單獨(dú)修改驅(qū)動(dòng)程序，并且與驅(qū)動(dòng)程序的數(shù)據(jù)連接，可能需要在應(yīng)用程序軟件側(cè)進(jìn)一步修改，以實(shí)現(xiàn)圖像數(shù)據(jù)的收集。因此，CSI2并不是一個(gè)安裝后就可立即使用的解決方案。

雖然LVDS是高速數(shù)據(jù)傳輸廣泛使用的連接方式，具有明確定義的信號(hào)傳輸原理，但LVDS中也沒有用于圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉?biāo)準(zhǔn)化軟件協(xié)議。因此，也沒有現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)程序。一些制造商提供補(bǔ)充系統(tǒng)，如基于專有協(xié)議的具有LVDS輸出的相機(jī)、以及具有相應(yīng)適配驅(qū)動(dòng)程序的處理板，它們能夠直接協(xié)同工作。這種方式的優(yōu)點(diǎn)是能實(shí)現(xiàn)一個(gè)易于集成的完整解決方案，但是用戶在硬件使用方面會(huì)受到一定的限制。

其他制造商提供開放的基于LVDS的相機(jī)輸出，其對(duì)于任何硬件集成都是免費(fèi)的。在這種情況下，必須要?jiǎng)?chuàng)建一個(gè)驅(qū)動(dòng)程序。實(shí)際上，這個(gè)信號(hào)處理可以在FPGA上執(zhí)行。這種基于FPGA的圖像抓取算法可以從頭開始編程，但是也有一些工具可用于減少集成工作量。

例如，在這種FPGA上使用預(yù)開發(fā)的IP核。Basler公司具有LVDS接口的板級(jí)相機(jī)dart，提供的開發(fā)套件中就包括一個(gè)帶有參考實(shí)現(xiàn)（FPGA編程）的處理板，以為集成視覺設(shè)備提供直接樣本。

相機(jī)配置

這些板對(duì)板連接的另一個(gè)方面是相機(jī)配置。控制信號(hào)可以通過各種總線系統(tǒng)（CAN、SPI或I2C）在SoC和相機(jī)之間交換。到目前為止，業(yè)界還沒有針對(duì)這個(gè)功能設(shè)置標(biāo)準(zhǔn)。目前哪些成像參數(shù)可以控制、以及如何控制，完全取決于相機(jī)制造商；即使支持或不支持GenICam的決定，也取決于制造商。但好消息是，所有這些總線系統(tǒng)都得到大多數(shù)SoC的支持。因此，使用適當(dāng)?shù)尿?qū)動(dòng)程序，軟件可以直接訪問相機(jī)進(jìn)行配置和更改成像參數(shù)。

一個(gè)開放的軟件協(xié)議對(duì)于訪問相機(jī)配置也很重要。Basler通過其pylon SDK中的I2C（作為的BCON的一部分實(shí)現(xiàn)LVDS接口）支持相機(jī)訪問，從而提供簡(jiǎn)化配置編程的標(biāo)準(zhǔn)化API。

對(duì)于某些應(yīng)用而言，嵌入式視覺可能是一個(gè)有趣的解決方案；一些基于GigE或USB的應(yīng)用，可以使用單板計(jì)算機(jī)開發(fā)。由于這些類型的硬件很受歡迎，并且在價(jià)格、性能和質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)（消費(fèi)者和企業(yè)）方面選擇范圍較廣，這使得嵌入式視覺成了很多情況下的理想選擇。朗銳智科（www.lrist.com）多年來(lái)從事嵌入式開發(fā)及機(jī)器視覺方案服務(wù)，在嵌入式視覺技術(shù)具備豐富的經(jīng)驗(yàn)，能為客戶提供全面的技術(shù)支持及服務(wù)。

來(lái)源：朗銳智科