嵌入式愿景:紧凑的设计，广阔的可能性

在整个电子行业的历史中，旧的否则系统将不断变得更快，更简单，更便宜仍然是真的。在计算机视觉的早期，能够捕获单个640 x 480 x 8位图像的帧抓取器由机架中的多个板组成，并且成本数万美元。然后，很少有人可以想象一个便携式设备，没有比拍摄图像和视频，存储千兆字节的卡片的卡片，并充当无线电，GPS设备和电话 - 所有花费耗费500美元。

手机是将多种技术组合成优化的高度紧凑模块的最常见示例，通常称为“嵌入式系统”。并且当加工到混合中时，模块成为嵌入式视觉系统。嵌入式愿景包括小型摄像机或图像传感器，强大的处理器，通常是I / O，并将其显示为低于每单位成本和能量消耗的特定于应用程序的系统。机器视觉，医疗，汽车和消费市场中的示例包括智能摄像机，超声扫描仪，自动车辆和便携式数字助理（PDA）。

嵌入式平台的演变
PC的引入和集成电路的越来越多的功能为基于PC的单板计算机，帧抓取器，I / O外围设备，图形和通信板创建了一个新的市场。这允许系统集成商为构建针对特定应用程序量身定制的自定义系统，例如数据采集，通信，计算机图形和视觉系统。如今，董事会的选择，形式因素和功能是众多，包括基于OpenVPX，VME，CompactPCI，CPCI Express，PC 104，PC / 104 Plus，Epic，EBX和COM表达标准的产品。

正如帧抓取器和智能摄像机一样，可以包含FPGA，使用诸如现成的CPU，帧抓取器和I / O外设等板级产品的系统设计人员面临甚至可以选择的更广泛的产品。在这里，基于OpenVPX，VME，CompactPCI，CPCI Express，PC 104，PC / 104 Plus，Epic，EBX和COM Express板的众多基板级产品均可用于构建具有不同摄像机接口的视觉系统和I / O选项。Vita，PICMG和PCI / 104联盟的标准组织如这些开放标准和许多可用于构建机器视觉或图像处理系统的产品。

嵌入式视觉可以走两条路:基于这些计算平台和上述标准的开放式小尺寸视觉和图像处理板和外设，或者使用相机、处理器、帧捕捉器、I/O外设和软件的定制设计。虽然开放嵌入式视觉系统的硬件可能相对容易反向工程，定制嵌入式视觉设计更复杂，高度专有，并可能使用定制设计的CMOS图像和定制的Verilog硬件描述语言(HDL)嵌入fpga和asic。

知识产权
在嵌入式视觉设计中，在FPGA中实现了向并行数据流借给并行数据流的许多图像处理功能。Altera（现在是英特尔的一部分）和Xilinx提供库，可以与其FPGA一起使用以加速这些功能。Intel’s FPGA Video and Image Processing Suite, for example, is a collection of Intel FPGA intellectual property (IP) functions for the development of custom video and image processing (VIP) designs that range from simple building block functions, such as color space conversion, to video scaling functions. Likewise, Xilinx offers many IP functions for image processing functions such as color filter interpolation, gamma correction, and color space conversion.

英特尔和Xilinx.提供第三方知识产权作为合作计划的一部分。在其Xilinx联盟计划中，Xilinx包括来自Crucial IP、iWave Systems Technologies和Xylon等公司的产品，这些公司分别提供IP来执行降噪、视频编码和视频到rgb转换器。

利用FPGA的力量，相机公司在认识到可用于开放式嵌入式系统的外围设备方面并没有缓慢。实际上，等公司盟友的愿景和巴斯勒已经推出了摄像头模块来满足这些需求。

“Many of today’s embedded systems rely on a sensor module connected to a processor board via a MIPI serial interface 2 (MIPI CSI-2) that is used in mobile devices and automotive applications,” says Francis Obidimalor, Marketing Manager at Allied Vision in his video, “传感器模块与相机模块。““然而，这些传感器模块的加工能力有限。必须在主机处理器上执行诸如降噪和颜色debayering等噪声降低和颜色debayering等特定于应用的软件。

为了减少所需的主机处理，具有车载处理能力的相机模块可用于卸载功能，例如降噪和颜色debayering，允许开发人员集中在应用软件上。“Using such modules employed in the Allied Vision ‘1’ platform, camera vendors can also provide the necessary drivers, alleviating the need for designers to write new camera drivers should a system need to be upgraded with, for example, a camera with a higher performance image sensor,” Obidimalor says.

出于这个原因，Basler提供板级相机，驾驶措施27 x 27 mm，重15克，提供两个接口：USB 3.0和BCON，基于低压差分信令（LVDS）的Basler的专有接口。Basler还将提供一个扩展模块，让用户通过MIPI / CSI-2相机接口操作相机。“结果是，设计师可以集成一块成品相机模块，而不是使用更少的努力，”巴斯勒高级咨询工程师和市场分析师Matthew Breit说。

嵌入式视觉组件被纳入无数的应用。即便如此，少数工业部门正在接受大部分关注，主要是由于规模经济。这些包括汽车，医疗，安全和消费者应用。他们聚集在一起，聚焦关键趋势：开发人员正在努力推出成本并降低系统规模，同时提供增强的灵活性。

汽车和安全
先进的驾驶员辅助系统（ADA）诸如镜子替换，驱动器嗜睡检测和行人保护系统等功能正在推动汽车内的增强图像处理。据研究公司战略分析，大多数高端大众市场车辆预计将在未来几年内含有最多12台摄像机。

“在汽车应用中，低能耗的高速计算很重要，”巴斯勒战略业务发展经理Ingo Lewerendt说。目前，巴斯特打算专注于安装在车内内的嵌入式视觉系统。但是，随着汽车制造商提供自己的娱乐和信息系统的品牌配置配置，自定义解决方案几乎是不可避免的。

FLIR系统还根据公司的玻色子热成像摄像机核心与其汽车开发套件（ADK）定位了汽车市场。专为汽车热视力和ADA的开发人员而设计的，该基于加工的VOX微倍压仪探测器的相机芯已经在GM，Mercedes-Benz，Audi和BMW提供的车辆上使用。

来自此类摄像机模块的数据必须在最极端条件下快速处理和分析图像，并面对严格的汽车安全标准。为了解决这些挑战，ARM已经开发了Mali-C71，一种定制图像信号处理器（ISP），其能够从最多四个摄像机处理数据，并处理24个动态范围，以捕获在明亮的阳光或阴影中拍摄的图像的细节。参考软件控制ISP，传感器，自动白平衡和自动曝光。为了进一步利用该设备进入汽车市场，公司计划开发汽车安全诚信水平（ASIL） - 替代汽车软件。

嵌入式视觉系统不仅可以在汽车中找到自己，而且是监控它们的自动编号识别（ANPR）系统。虽然在这种系统中使用的相机可能在过去一直具有低成本的可互联网的相机，其使用诸如H.264 / 5的损耗传输标准，这些相机逐渐被无需这种压缩的数字系统所取代。作为Optasia Systems的系统IMPS ANPR模型AIO将Gige视觉相机从击球板连接到嵌入式嵌入式嵌入式计算机中，该计算机容纳在一个单元中。这些类型的相机特别适用于诸如ANPR的低光应用，因为它们具有高动态范围并且略有容忍曝光变化。

医学影像
医疗嵌入式系统的两个主要应用是内窥镜成像和x射线成像，这反过来可以增强诊断和治疗。由于对微创诊断和治疗程序的需求、适应老龄化人口的需求以及医疗成本的上升，嵌入式视觉在医学成像市场中的应用正在迅速增长。

要为此市场开发便携产品，开发人员通常会转向第三方公司寻求帮助。Zibra Corp.转向净美国为其coreVIEW系列孔镜和内窥镜的设计提供帮助。NET开发了一款带有AWAIBA提供的250 x 250 NanEye像素成像仪的远程相机和一个集成了FPGA的相机主板，用于执行颜色调整和死像素校正。控制器板上的HDMI输出允许摄像头捕捉到的图像在25英尺的距离内显示/观看。

对当时在哈佛大学读研究生的约尔·斯图尔特(Yoel Stuart)来说，研究蜥蜴的骨骼变化是一个有趣的问题。斯图亚特需要一个便携式x光系统用于野外。他曾与radicon Imaging(现在是Teledyne Dalsa.）和kodex生产最终系统。要创建系统，RAD-ICON开发了一个带有14位SHAD-O字体摄像机模块的远程RADEYE200，具有GigE视觉适配器，带有以太网接口连接到便携式主机PC。KODEX将此X射线摄像头与来自源射线的50 kVP便携式X射线源集成。

消费者需求
“虽然机器视觉集成商可以支付10,000美元的系统为工业机器视觉应用的系统支付10,000美元，但闯入消费者市场，视力系统不能超过500美元，”巴斯勒的Lewerendt说。“新市场希望无需PC，GPU或硬盘驱动器的愿景。他们希望系统减少到最低限度。“

然而，降低了系统成本，为传统上参与机器视觉市场的公司概念，其中高分辨率高速相机可以花费数千美元。在iPhixit的iPhone X的拆除中，研究人员确定了设备中使用的TRUITEPTH传感器集群苹果价格为16.70美元。Apple拒绝评论这些组件的价格，但大批量消费产品中，这种低成本并不罕见。

虽然传统机器视觉相机供应商可能不想在消费市场中竞争，但智能摄像机供应商还有其他机会。这些包括可用于工业应用，例如热成像以分析建筑物的热量损失。然后是Robosea的Biki，一种以鱼类的形式创建的水下无人机，采用3840 x 2160像素摄像头，32 GB内存和车载功能，如自动平衡和避免避免。

由于嵌入式视力在汽车，医学成像，远程检验和消费电子产品中，机会将继续崛起传统和非传统的范围内的愿景。

突出了
嵌入式视觉系统：将图像捕获，处理和（通常）I / O和显示能力的系统结合到单个单元中。

设计和市场考虑，大批量产品（例如，PDA）：精致，昂贵的定制系统上芯片设计;自定义操作系统和软件;超竞争性定价商用废弃货架（婴儿床）部件和包装;高营销成本。

设计和市场考虑，中等产品（例如，超声系统）：COTS处理器和I / O板，以及打开总线接口标准以降低成本;I / O的一些自定义和显示功能和FPGA设计连接到自定义传感器和显示器;COTS操作系统;自定义软件，通常使用COTS或开源代码开发;敏感的组件和软件成本不太敏感;中等营销成本。

设计和市场考虑，小批量产品(如研发系统):基于pc机的COTS处理器、I/O板、开放总线接口和软件标准;基于pc的COTS操作系统和通常的COTS定制软件;没有营销成本。

嵌入式愿景的竞争考虑

1. 嵌入式视觉系统出现在各种产品中，如无人机、汽车、便携式牙科扫描仪、消费机器人和虚拟现实系统。这些企业需要低成本的零部件，以进入亲消费者和消费者市场。
2. 为机器视觉系统提供摄像头、照明和基于pc的摄像头接口产品的公司将会发现很难竞争。虽然低成本的摄像头模块和摄像头接口/处理模块可以用于此类应用，但厂商的利润将大幅下降，这使得可能只有少数成熟的机器视觉供应商将进入市场。
3. 由于易于配置的扩散（如果不支持）开源代码，已建立的软件供应商需要降低其产品的成本在这些市场中竞争这些市场。
4. 基于云计算的计算将消除处理嵌入式系统中目前使用的硬件的必要性，目前，嵌入式系统可能不需要确定性和低延迟产品，例如，用于自动车牌识别的硬件。