現代機器視覺(jué)技術(shù)在安全領(lǐng)域的應用

　　1 最初的技術(shù)

　　光敏材料可根據有光照與否來(lái)更改其阻抗或導電性。早期的黑白視頻系統(如上世紀50年代RCA的光導攝像管攝像系統)采用真空管，以通過(guò)光敏硒板進(jìn)行圖像傳感。

　　電子束將掃描硒板，產(chǎn)生與光量直接相關(guān)的電流，并在確切的時(shí)間射向硒板，進(jìn)而由光柵掃描的顯像管產(chǎn)生初步的電子視頻信號，便于進(jìn)行長(cháng)距離傳輸。CRT電視再以反序接收信號，通過(guò)電子束掃描熒光屏重現圖像的對應光等級。

　　數十年來(lái)，視頻的用途一直僅限于單色傳感與實(shí)時(shí)顯示圖像。傳感器前的顏色過(guò)濾器會(huì )將模擬級別設置為組成色度，來(lái)創(chuàng )建顏色傳感器。電子束路徑中的熒光色用于生成彩色。colorburst晶體的出現解決了視頻信號中的色彩成分同步問(wèn)題。

　　這一穩固的特性逐漸改進(jìn)了熒光管性能，包括較高的分辨率、較低的功耗、低生產(chǎn)成本以及較高的可靠性。隨后閉路電視(CCTV)和廣播業(yè)便出現了并迅速發(fā)展起來(lái)。

　　但也存在一些缺點(diǎn)，即這些技術(shù)采用易碎玻璃工藝，并且電路需采用較高的電壓。尺寸限制使得基于熒光管的圖像傳感器一般較大而且笨重?，F代半導體技術(shù)的出現改變了這一情況。

　　2 固態(tài)傳感器

　　早在1970年初，電荷耦合器件(CCD)就已面世了，它結合了半導體制造工藝與一組規則排列的改良存儲器陣列。陣列中的每個(gè)光敏像素傳感器都會(huì )同步設置觸發(fā)器狀態(tài)。而這些傳感器采用與移位寄存器相似的菊花鏈架構連接。為移位寄存器提供時(shí)鐘脈沖將生成同步視頻流。

　　從用于掃描儀和傳真機等應用的最初一維傳感器陣列，到后來(lái)的二維彩色版CCD的出現，視頻影像傳感器的尺寸已明顯減小，也簡(jiǎn)化了電源要求。

　　3 擺脫觀(guān)察員的束縛

　　由于缺乏錄制技術(shù)，早期的CCTV系統需要專(zhuān)門(mén)的觀(guān)察人員從檢測到的事件中一次性獲取盡可能多的信息。之后，圖像便永久消失了。

　　這類(lèi)CCTV系統是由人來(lái)識別模式、發(fā)現目標，并決定是否需要發(fā)出警報?？梢哉f(shuō)人就是報警回路中的控制處理器，擁有是否觸發(fā)警報器的一票決定權。

　　線(xiàn)性CCD傳感器借助于設定好的條形碼讀取和識別模式功能改變了這種狀況?，F代的手機、攝像機以及機器視覺(jué)系統中所采用的二維傳感器提高了分辨率和光譜敏感度，同時(shí)減小了尺寸和功耗，并且不需要使用外部鏡頭。

　　機器視覺(jué)加入了人工智能元素，成就了新一代強大的監控系統，現在只需較少的人員、較低的成本和更高級別的目標設定檢測(和跟蹤)。這些要求增大了工程師的設計難度，要求他們能集成較高的功能級和前所未有的處理能力。

　　4 設計時(shí)面臨的問(wèn)題與困擾

　　沒(méi)有現代存儲器的速度與密度以及現代嵌入式處理器的強大功能，下一代智能監控系統將無(wú)法實(shí)現成本與尺寸的提升。負荷量是其中一個(gè)主要原因，因為圖像分辨率的每次提升都會(huì )影響到其他的系統設計。

　　早期的8位4 MHz傳統處理器能夠幫助設計人員開(kāi)發(fā)數字控制回路，且其數字技術(shù)能夠用于信號處理與實(shí)時(shí)控制，但速度上卻無(wú)法滿(mǎn)足智能安全領(lǐng)域的需求。究其原因最終歸結于存儲器需求的爆發(fā)性增長(cháng)。

　　例如，一個(gè)簡(jiǎn)單的傳統混合視頻攝像機共有525個(gè)掃描行，每行的采樣速率都可以不一樣。其中的21行用于垂直消隱?，F代的CCD影像傳感器最低數字分辨率為¼ VGA (320 x 240)。

　　¼ VGA分辨率需要76,800個(gè)字節來(lái)呈現一個(gè)幀(8位分辨率時(shí))。8位RGB(紅、綠、藍各占一個(gè)字節)最多支持230,400個(gè)字節。在這兩種情況下，均超出了傳統處理器的處理范圍。