你是否看过奥迪汽车的自动停车功能?在无人驾驶的情况下,汽车却能自行找到车位并停放好;或者,你是否曾经使用Kinect控制器玩过Xbox 360游戏?或者才刚刚咬下一口在水果店购买的新鲜水果?如果你有过上述经验,那么你就可算是Smarter Vision系统时代到来的见证人。
从最尖端精密的电子系统到一颗普通的苹果,Smarter Vision技术对各式各样的产品影响甚巨。虽然现今的各式系统发展已达惊人水准,但专家预测在未来10年,包括汽车电子、工厂自动化、医疗、监控、消费、航太工程与国防等电子系统,都将采用功能更强大的Smarter Vision技术。
随着Smarter Vision系统日趋复杂,我们很有机会乘坐自动驾驶汽车在高速公路上驰骋;直觉外科中发展惊人的机器人辅助手术系统等医疗设备,也将有长足的进程,能支援外科医生从远端进行外科手术;电视与视讯会议系统也将展现更高阶的临场感和互动性;而电影院、家庭与商店的萤幕,则会依据每位消费者的兴趣甚至是心情而显示不同的内容。
先进的视觉系统分析结果采取因应措施
赛灵思All Programmable Smarter Vision解决方案正在引领变革与创新。 Smarter Vision以首款整合ARM双核心Cortex-A9 MPCore处理器、可编程逻辑和各种关键的周边元件于单一晶片的Zynq-7000 All Programmable SoC元件为设计基础,推出具备软体工具和IP的支援基础架构,加速视觉创新的开发与进程。支援基础架构包含Vivado HLS (高阶合成)、全新IP整合器软体工具、OpenCV函式库、SmartCORE IP和专用开发工具套件。
赛灵思行销与企业策略资深副总裁Steve Glaser表示:「赛灵思All Programmable Smarter Vision技术提供给客户新一代更智慧型的系统。过去十年,客户运用赛灵思FPGA对系统中处理器运作速度偏慢的功能进行加速,而Zynq-7000 All Programmable SoC将处理器和FPGA逻辑元件整合于同一晶片,意味着系统开发人员现在得以拥有一个更适用于更智慧型应用的晶片平台。」
Glaser说:「在元件支援部份,赛灵思为Zynq-7000 All Programmable SoC提供稳定的开发环境,整合了Vivado HLS (高阶合成)、全新IP整合器软体工具、OpenCV函式库、SmartCORE IP和开发套件。在Smarter Vision技术的支援下,客户能够进行新一代设计,并实现高效率、降低系统功耗、提升系统效能且大幅减少物料清单成本;同时也将因创新产品的快速上市而提升获利能力、丰富生活,甚至挽救生命。」
此外,先进的嵌入式视觉系统不仅能强化和分析影像,还能根据分析结果采取因应措施,资料处理量、运算能力和演算法的精细程度也因此得到显著提升,监控市场的快速发展即是最好的例证。
二十年前,监控系统厂商竞相推出利用机械系统强化的最佳镜头,能够执行更清晰、视野更宽广的镜头自动对焦和旋转功能。系统基本上是由同轴电缆连接类比监控器的类比摄影机,以及保全人员采用的影音监控设备所组成;系统的清晰度、可靠性和效率,主要取决于光学设备与镜头的品质,以及控管监视器播放内容的保全人员的尽责程度。
随着嵌入式视觉技术的问世,监控设备公司开始采用成本较低、以数位技术为基础的镜头。数位处理技术为系统提供卓越的功能,其效能远比使用透镜的类比系统更为优异,且价格更为低廉。鱼眼镜头和采用各种视觉专用演算法的嵌入式处理系统,大幅强化镜头所撷取到的影像画质。针对光照条件进行校正,能够改善对焦、增加色泽和数位缩放范围等技术让镜头不需以机械电机控制来执行平移、倾斜和缩放功能,进而提高系统的可靠性,再者,数位讯号处理系统已能提供1080p甚至更高的影音解析度。
拥有能透过数位讯号操作、画质更清晰的图片只是个开端。凭借先进的像素处理功能,监控系统制造商开始打造更顶尖的嵌入式视觉系统,以便能在数位系统所撷取到的高画质图片上进行即时分析功能。最初期的嵌入式视觉系统只能侦测到特定的颜色、形状和移动路径,而这项功能快速发展成为具备下列功能的演算法:能够侦测到跨越镜头视野中虚拟栅栏的物体、判断图片中的对象是否为人类、以及在连结到资料库后能够识别特定人士。
从哑巴摄影机到Smarter Vision
智慧型系统乃源自嵌入式视觉,根据发展快速的「嵌入式视觉联盟」产业组织定义,嵌入式视觉结合两项新兴技术:嵌入式系统(电脑以外所有使用处理器的电子系统)和电脑视觉(又称机器视觉)。随着嵌入式视觉技术的问世,监控设备公司开始采用成本较低、以数位技术为基础的镜头。数位处理技术为系统提供卓越的功能,其效能远比使用透镜的类比系统更为优异,且价格更为低廉。
鱼眼镜头和采用各种视觉专用演算法的嵌入式处理系统,大幅强化镜头所撷取到的影像画质。针对光照条件进行校正,能够改善对焦、增加色泽和数位缩放范围等技术让镜头不需以机械电机控制来执行平移、倾斜和缩放功能,进而提高系统的可靠性,再者,数位讯号处理系统已能提供1080p甚至更高的影音解析度。
嵌入式视觉联盟创始人暨顾问公司BDTI执行长Jeff Bier表示:「嵌入式视觉技术的发展远超过机动的PTZ(左右转动/上下倾斜/放大)类比摄影机系统时代,对多项产业有深远影响。我们已在数位时代生活一段时间,我们也已见证嵌入式视觉从早期数位系统专攻于压缩、储存或强化摄影机拍摄内容,快速发展为现今能够认知摄影机拍摄内容的Smarter嵌入视觉系统。」
筛选出完美苹果
试想以苹果为例,一颗漂亮的苹果是如何被摆放在水果摊上的?赛灵思公司工业、科学与医疗业务部的工程师Giulio Corradi表示:「Smarter Vision技术现在被运用在食品检验生产线上,可依苹果的好坏程度进行筛选。高速食品检验生产线所采用的第一代嵌入式视觉系统具备一个或多个摄影机来检验苹果或其他农产品表皮上的瑕疵,如果侦测到异常的色泽,即会在苹果上做记号,并筛选出作进一步检测或是丢弃。」
如果水果曾在送进检验生产线之前掉落,伤痕却难以察觉,Corradi表示:「在某些情况下,摄影机无法侦测到水果掉落造成的损坏,因为实际损坏位于果肉中,只能靠人力以肉眼检查。Smarter Vision系统在摄影机上整合了红外线感测器以检验果皮下的损坏,能启动自动分类机拣选出损坏的苹果,以免被包装送往水果店。」如果没有Smarter Vision系统的协助,便无法在检测中筛选水果,而水果损坏的地方会在水果店架上变得更明显,必须立即丢弃。换言之,一个坏苹果会糟蹋成堆的苹果。
Corradi表示:「Smarter Vision技术也运用于现代化工厂。越来越多的工厂已采用自动化,使用机器人辅助技术或完全自动化的机器人生产线,使制造商能根据不同的工作项目更换机械设备。对于需要制造不同产品系列的机器人而言,安全笼的空间有限,并无法因应机器人的移动范围。」