嵌入式智能视觉技术——引领智能化的重要引擎

当前,随着先进机器人技术和机器学习技术的涌现以及向工业4.0制造模式的转变,嵌入式智能视觉技术应用的疆土在逐步扩大。尤其是高级驾驶辅助系统(ADAS)和车载信息娱乐系统的快速发展为嵌入式视觉应用带来更广域的应用契机。

嵌入式智能视觉,即在嵌入式系统中使用计算机视觉技术。

换句话说,“嵌入式智能视觉”是指从视觉输入中提取出其背后含义的嵌入式系统。嵌入式视觉涉及到两种技术:嵌入式系统和计算机视觉。嵌入式系统可以是任何基于微处理器的系统,它们完成特定的工作,且随处可见;计算机视觉则使用数字处理和智能算法去理解图像或者视频,它是一个已经被研究很久,但仍然方兴未艾的领域。

随着中国制造业的蓬勃发展,智能视觉也在中国市场度过了发展的最初时期,不仅国际知名品牌纷纷在中国开展业务,中国本土的企业也逐渐兴起,如今,人们对于智能视觉的认识更加深刻,对它的看法也发生了很大的转变。

伴随智能视觉技术的成熟与发展,我们不难发现其应用范围愈发广泛,由最初的电子制造业和半导体生产领域,发展到了包装、汽车、交通和印刷等多个行业。

从嵌入式智能视觉应用原理上来看,主要分为三个部分:图像的采集、图像的处理和分析、输出或显示。同时基于嵌入式智能视觉的应有领域,可以概括出智能视觉的5大典型应用。

嵌入式智能视觉技术5大应用原理

1、图像识别应用

图像识别,是利用智能视觉对图像进行处理、分析和理解,以识别各种不同模式的目标和对象。

图像识别在智能视觉领域中最典型的应用就是二维码的识别了,二维码就是我们平时常见的条形码中最为普遍的一种。将大量的数据信息存储在这小小的二维码中,通过条码对产品进行跟踪管理,智能视觉系统可以方便的对各种材质表面的条码进行识别读取,大大提高了现代化生产的效率。

2、图像检测应用

检测是智能视觉领域最主要的应用之一,几乎所有产品都需要检测,而人工检测存在着较多的弊端,人工检测准确性低,长时间工作的话,准确性更是无法保证,而且检测速度慢,容易影响整个生产过程的效率。因此,智能视觉在图像检测的应用方面也非常的广泛,例如:硬币边缘字符的检测。

3、视觉定位应用

视觉定位要求智能视觉系统能够快速准确的找到被测零件并确认其位置。在半导体封装领域,设备需要根据智能视觉取得的芯片位置信息调整拾取头,准确拾取芯片并进行绑定,这就是视觉定位在最基本的应用。

4、物体测量应用

智能视觉工业应用最大的特点就是其非接触测量技术,同样具有高精度和高速度的性能,但非接触无磨损,消除了接触测量可能造成的二次损伤隐患。常见的测量应用包括,齿轮,接插件,汽车零部件,IC元件管脚,麻花钻,罗定螺纹检测等。

5、物体分拣应用

实际上,物体分拣应用是建立在识别、检测之后一个环节,通过智能视觉系统将图像进行处理,实现分拣。在智能视觉应用中常用于食品分拣、零件表面瑕疵自动分拣、棉花纤维分拣等。

目前, 智能视觉在电子及半导体领域,高性能、精密的专业设备制造领域中应用十分广泛,比较典型的是国际范围内最早带动整个智能视觉行业崛起的半导体行业,从上游晶圆加工制造的分类切割,到末端电路板印刷、贴片,都依赖于高精度的视觉测量对于运动部件的引导和定位。在国际市场上,半导体制造行业对于智能视觉的需求占全行业市场需求的40%-50%。

随着产业化特别是半导体产业化的发展,智能视觉的需求呈上升趋势,尤其体现在高端产业的应用上。嵌入式的产品所体现的优越性将是板卡式所无法比拟的,随着技术的发展,板卡式智能视觉产品在某些领域的应用将逐渐被嵌入式的产品所替代。

嵌入式智能视觉技术行业应用情况

目前,嵌入式智能视觉技术已经在工业、汽车、消费电子等行业应用比较广泛。

1.工业应用

在工业应用领域,机器视觉技术是其中最成熟和数量最多的应用。它被广泛用于制造过程和质量管理应用。通常,这些应用领域中的制造商采用由一个或多个智能摄像头与处理器模块组成的紧凑型视觉系统。

随着越来越多的制造商采用工业4.0模式,工业市场对视觉系统的需求也将越来越大。在这个新时代,制造商将把先进的机器人、机器学习、3D深度测绘和工业物联网(IIoT)整合到一起以提高组织和生产能力。

在“智慧工厂”这个概念的驱动下,工业4.0将引入物理网络系统来监控智能工厂的生产过程并实现分权决策。这种模式将通过整合大数据与分析、IT与物联网融合、机器人技术的最新进展以及数字供应链的迭代发展等理念推动行业向着数字化转型。最后,通过互联网,这些物理系统将实现系统交互和人机交互,成为工业物联网(IIoT)的一部分。

当前,在“智慧工厂”概念驱动下,嵌入式智能视觉技术正呈现出多样化特点。首先,它将为机器、设备、传感器和人员提供广泛的互操作性和高水平的通信能力。其次,它将具有很高的信息透明度,系统通过传感器数据创建物理世界的虚拟映射,使得信息情境化。第三,智能工厂的决策行为将高度分散,物理网络系统尽可能自主运行。第四,这些工厂将提供高水平的技术援助,系统可以帮助彼此解决问题、做出决策并帮助人类完成太难或危险的任务。几乎在所有情况下,制造商都将比以往更依赖嵌入式视觉系统。

2.汽车应用

鉴于汽车领域中电子应用的迅速增长,汽车市场无疑是嵌入式视觉应用最有潜力的发展领域。高级驾驶辅助系统和信息娱乐功能的推出有望快速推动相关市场的增长。

新兴的汽车应用领域之一是驾驶员监控系统,该系统使用视觉应用追踪驾驶员头部和身体动作以进行疲劳状态识别。另一个是视觉系统,通过监测看短信或饮食等潜在的驾驶员分心因素提高车辆操作安全。

但是汽车中的视觉系统可以做的远不止是监控车内发生的事情。从2018年起,有一些国家的法规将要求新车必须配备后视摄像头,以帮助司机看到车辆后方的情况。像车道偏离预警系统这样的新应用将视频和车道检测算法结合起来,以评估汽车的位置。此外,市场需求也推动了阅读警示标志、撞击缓冲、盲点检测、自动泊车、倒车辅助等功能的发展。所有这些功能都有助于让驾驶变得更安全。

3.消费电子应用

无人机、增强现实/虚拟现实(AR / VR)和其他消费电子应用为嵌入式视觉解决方案开发者提供了巨大的机遇。今天,无人机设计工程师已经知道同步无人机上的6个或更多摄像头以创建全景视图比构建采用2个摄像头并将其移动180度的机械解决方案更便宜。同样,AR / VR设计工程师将单个视频流进行快速转化并将内容分割为双视频流输出。他们充分利用低成本移动相关技术的优势,使用两个MIPI DSI显示屏,每个显示屏对准用户的一只眼睛,实现低延迟、低功耗,增强深度感,为用户提供更加身临其境的体验。

随着游戏机行业的不断发展,传统的游戏控制器将被图像传感器和视频分析器所取代,通过检测身体动作和面部表情来控制游戏。预计这些智能控制器将逐渐引入到其他消费电子产品中,如电视机、个人电脑、智能手机和平板电脑。此外,智能家居应用(如照明、加热和空调设备)可能会采用类似的功能并添加图像传感器。最终这些摄像头将取代传统物理控制器。

嵌入式智能视觉发展前景

当前,在人工智能技术持续向前推进过程中,嵌入式智能视觉技术也将势如破竹之势向前发展。然而,在当前嵌入式智能视觉发展过程中,也存在着相关相关制约因素,其中,统一的技术标准和原理亟待解决。

嵌入式视觉技术的应用及发展是与多方面因素相关的,而且要有一种兼容各层面功能的标准,才能真正开启并普及嵌入式视觉应用。

在嵌入式视觉系统中,需要的处理器必须能够以低成本与低功耗,提供每秒数十亿次即时运算处理性能,并具有弹性化的可编程性能。过去几年来,已经有这样的处理器问世,并可协助嵌入式视觉技术进一步导入主流应用中。

图形传感器是嵌入式视觉技术的关键。图形传感器在近年来已变得比较不那么昂贵了,这主要可归功于行动电话普遍且大量且地采用了图形传感器。除了传统的图形传感器以外,很多视觉应用都可以利用各式各样的传感器。

所以,在嵌入式视觉后续的发展过程中,建立统一的标准化体系和机制 ,实现市产品化统一的准入机制,这对于降低产品和技术耗能,提升嵌入式智能视觉技术的发展广域度有积极的促进作用。

但总的来说,在人工智能技术加速发展的今天,嵌入式智能视觉技术作为其领域的重要分支发展前景大,应用前景广,让我们拭目以待吧!

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