嵌入式視覺(jué)技術(shù)--潛力巨大，有待開(kāi)發(fā)

具有CPU的GPU

GPU主要是用于3D圖形，并且越來(lái)越多的用于實(shí)現其他功能，例如，視覺(jué)應用等。目前，個(gè)人計算機的GPU傾向于可編程，除了3D圖形還能完成其他功能。這類(lèi)GPU被稱(chēng)為“通用GPU”，或者“GPGPU”。 GPU有很強的并行處理能力。它們在個(gè)人計算機上是獨一無(wú)二的?？梢悦赓M使用GPU軟件開(kāi)發(fā)工具，從GPGPU開(kāi)始進(jìn)行編程并不是很復雜。出于這些原因，在PC上第一次開(kāi)發(fā)其計算機視覺(jué)算法的開(kāi)發(fā)人員通常采用GPU作為并行處理引擎，他們出于仿真或者原型開(kāi)發(fā)的目的，需要加速算法的執行。

GPU 緊密集成了通用CPU，有時(shí)候是在同一芯片上。然而，GPU芯片的一種局限是目前能夠集成的CPU類(lèi)型有限，而且支持這類(lèi)集成的CPU操作系統也很有限。目前，可以提供設計用于智能電話(huà)和平板電腦等產(chǎn)品的低成本、低功耗GPU。但是，這些GPU一般不是GPGPU，因此，除了3D圖形之外，將其用在其他應用中有很大的難度。

具有加速器以及CPU的數字信號處理器

數字信號處理器是專(zhuān)門(mén)用于信號處理算法和應用的微處理器。對于視覺(jué)應用核心的信號處理等任務(wù)，這種專(zhuān)業(yè)化使得數字信號處理器的效率要遠遠高于通用CPU。而且，與其他類(lèi)型的并行處理器相比，數字信號處理器相對比較成熟，使用起來(lái)更方便。

但是，雖然數字信號處理器在視覺(jué)算法上的性能和效率要高于通用CPU，但仍然難以提供足夠的性能來(lái)滿(mǎn)足算法要求。出于這一原因，DSP一般需要一個(gè)或者多個(gè)輔助協(xié)處理器。因此，視覺(jué)應用中一個(gè)典型的DSP芯片包括了CPU、數字信號處理器以及多個(gè)協(xié)處理器。這種異質(zhì)結合能夠產(chǎn)生很好的性能和很高的效率，但也難以編程。實(shí)際上，DSP供應商一般不支持用戶(hù)對協(xié)處理器進(jìn)行編程;而是讓協(xié)處理器運行芯片供應商開(kāi)發(fā)的軟件函數庫。

移動(dòng)“應用處理器”

移動(dòng)“應用處理器”是集成度非常高的芯片系統，一般主要設計用于智能電話(huà)，而不是其他應用。應用處理器通常包括高性能CPU內核，以及各種特殊的協(xié)處理器，例如，數字信號處理器、GPU、視頻處理單元(VPU)、2D圖形處理器，以及圖像采集處理器等。

這些芯片專(zhuān)門(mén)針對電池供電應用進(jìn)行了設計，因此，能效非常高。而且，由于圍繞智能電話(huà)和平板電腦的應用越來(lái)越重要，因此，移動(dòng)應用處理器一般有很強的軟件開(kāi)發(fā)基礎支持平臺，包括，低成本開(kāi)發(fā)電路板、Linux和Android端口等。然而，正如前面章節對數字信號處理器的討論，應用處理器中的專(zhuān)用協(xié)處理器一般不是用戶(hù)可編程的，限制了它們在視覺(jué)應用中的發(fā)展。

具有CPU的FPGA

FPGA是靈活的邏輯芯片，可以在門(mén)級和模塊級進(jìn)行重新配置。這一靈活性使得用戶(hù)能夠隨時(shí)實(shí)現定制滿(mǎn)足應用需求的計算結構。它還支持選擇滿(mǎn)足應用需求的I/O接口和片內外設。能夠定制計算結構，結合現代FPGA中大量的資源，同時(shí)實(shí)現了高性能和良好的性?xún)r(jià)比和能效比。

但是，使用FGPA實(shí)際上是硬件設計功能，而不是軟件開(kāi)發(fā)工作。一般在寄存器傳送級(RTL)使用硬件描述語(yǔ)言(Verilog或者VHLD)來(lái)進(jìn)行 FPGA設計，寄存器傳送級是很低的抽象級。與使用本文討論的其他類(lèi)型的處理器相比，這使得FPGA設計非常耗時(shí)，成本也高。

雖然如此，使用FPGA越來(lái)越方便了，這是由多種因素造成的。首先，是所謂的“IP模塊”庫——可重用FPGA設計組件庫，其功能越來(lái)越強大了。在某些情況下，這些庫能夠直接滿(mǎn)足視覺(jué)算法要求。在其他一些應用中，它們還支持視頻I/O端口或者掃描線(xiàn)緩沖等功能。而且，FGPA供應商及其合作伙伴提供了越來(lái)越多的參考設計——采用了FPGA的可重用系統設計，面向專(zhuān)業(yè)應用。最后，利用高級綜合工具，設計人員使用高級語(yǔ)言，在FPGA中實(shí)現視覺(jué)和其他算法，而且效率越來(lái)越高。用戶(hù)可以在FPGA中實(shí)現性能相對低一些的CPU。而且，在少量的應用中，FPGA制造商在器件中集成了高性能CPU。

傳感器扮演什么角色?

很明顯，圖形傳感器是嵌入式視覺(jué)技術(shù)的關(guān)鍵。圖形傳感器在近年來(lái)已變得比較不那么昂貴了，這主要可歸功于行動(dòng)電話(huà)普遍且大量且地采用了圖形傳感器。除了傳統的圖形傳感器以外，許多視覺(jué)應用都可以利用各式各樣的傳感器。例如，3D傳感器在微軟Kinect的應用即其一例，3D傳感器可說(shuō)是許多應用的一大福音，因為有了3D影像后確實(shí)簡(jiǎn)化了一些視覺(jué)任務(wù)。

在深入探索嵌入式系統以前，必須先具備哪些電腦視覺(jué)知識呢?

大多數的嵌入式系統設計工程師并不了解嵌入式視覺(jué)技術(shù)具有什么樣的能力。這是因為，一直到最近以前，在大多數的嵌入式系統中使用視覺(jué)技術(shù)仍不切實(shí)際;它畢竟還是太昂貴了。而今，為一系列廣泛的各種系統進(jìn)一步納入視覺(jué)性能，在經(jīng)濟上已經(jīng)變得較為可行了;因此，對于系統設計者而言，熟悉這項技術(shù)、并進(jìn)一步了解這項技術(shù)能做些什么是相當重要的。

早期采用視覺(jué)技術(shù)的工程師們現在已經(jīng)可以拿出一些令人驚喜的新產(chǎn)品和產(chǎn)品功能了。當然，工程師們不僅需要了解視覺(jué)技術(shù)能做什么，同時(shí)也要學(xué)會(huì )如何把視覺(jué)技術(shù)整合于自己的產(chǎn)品中。在這方面，目前雖然已經(jīng)累積了一些龐大的出版文獻可供參考，但其中絕大多數都是學(xué)術(shù)研究出版品，以及一些通常不適合協(xié)助工程師用于構建解決方案的文獻。工程師們需要的是更實(shí)際的資訊，如指導方針、設計實(shí)例、架構圖以及樣本程式碼等。

嵌入式視覺(jué)系統開(kāi)發(fā)平臺

從頭開(kāi)始打造一款視覺(jué)系統或子系統，可說(shuō)是一項龐大且復雜的工作。你必須從像影像傳感器與處理器等這一類(lèi)的基本元素開(kāi)始，以及從無(wú)到有著(zhù)手建立一種演算法。這對于資源的利用而言，并不是非常有效率的作法，特別是因為在視覺(jué)應用中還存在著(zhù)不斷周而復始出現的共同問(wèn)題。

工程師們最好不要選擇這種卷土重來(lái)的做法，他們應該能夠針對特定應用的一些共同元素，重新使用業(yè)經(jīng)驗證的解決方案，然后再將自己的專(zhuān)才發(fā)揮在其設計獨特之處。我個(gè)人認為，這意味著(zhù)我們需要專(zhuān)門(mén)針對視覺(jué)應用的先進(jìn)開(kāi)發(fā)平臺，例如，其中包括開(kāi)發(fā)板以及合適的處理器、記憶體、I/O和圖形傳感器的視覺(jué)開(kāi)發(fā)平臺。同時(shí)還伴隨有建置一個(gè)或多個(gè)視覺(jué)應用案例的應用軟件。此外，這一視覺(jué)開(kāi)發(fā)平臺也提供了源代碼，使工程師們能夠參考這些范例應用立即開(kāi)始工作，并對其設計進(jìn)行修改，或添加所需的獨特功能。