嵌入式机器视觉中的智能相机技术

    现代自动化生产过程中，应用机器视觉代替人工视觉，可以提高生产的柔性和自动化程度，是实现计算机集成制造的基础技术。机器视觉应用中通常由 CCD（charge coupled device）或CMOS（complementary metal oxide semicon-ductor）相机捕获场景图像，以先进的计算机技术为基础，通过图像理解来分析提取产品的质量信息，并执行相应的处理。近年来，基于智能相机的嵌入式机器视觉系统向传统基于 PC 的视觉系统提出了挑战。智能相机出现于 20 世纪 90 年产、嵌入式系统设计、CMOS 图像传感器等技术的进步，许多工业组织和公司以及学术研究组织纷纷致力于智能相机技术的研究[1]。先进的智能相机集成了图像传感器、光学、摄像系统、嵌入系统、计算机视觉、视频分析、通信和网络等方面的最新的技术。工业机器视觉是智能相机最活跃的应用领域之一，包括条码读取、工件检测、瑕疵检测、表面检测、尺寸测量、装配验证、打印验证、目标分类、OCR（optical character recognition）等。在嵌入式机器视觉中，应用对视频处理的需求不断增加，同时还必须满足实时、鲁棒、可靠等嵌入环境要求，这使得智能相机技术更具挑战性。

    1 嵌入式机器视觉

    传统机器视觉是一种基于 PC 的视觉系统，一般由光源、CCD 或 CMOS 相机、图像采集卡、图像处理软件以及 PC 机构成。图像采集由相机及图像采集卡捕获，图像处理则由处理软件在PC 机中完成。智能相机则将图像的采集、处理与通信功能高度集成，如图 1 所示，同时应用了最新的 DSP（digital signal processor）、FPGA（field programmable gate array）及大容量存储技术，智能化程度不断提高，从而可实现多功能、模块化、高可靠性的嵌入式机器视觉解决方案。智能相机不同于一般的相机，通常包含一个或多个高性能微处理器构成的特殊图像处理单元，执行智能 ASIP（application specific informationprocessing）算法， 如基于特定应用要求的图像特征提取、模式分析等，其目的不是为观看提供更好的图像质量，而是从图像提取信息和知识，理解和描述图像中正在发生情况，以便在自动控制系统中进行精确判断。另外，智能相机从捕获图像获得提取特征或场景的高级描述，提供图像特征的表示或模式匹配结果，或者将获得的控制信号（如报警触发信号）反馈到自动控制系统，因此，一般输出数据带宽要求较低。

    嵌入式视觉系统也可由一个一般的相机和一个与之相连的外部嵌入式处理单元构成，外部嵌入式处理单元完成 ASIP 和通信网络功能。当系统概念获得证明，且终端用户相同，如果需要，可以将相机和外部嵌入式处理单元集成，构成一般意义上的智能相机。