了解嵌入式视觉

嵌入式视觉现在是热门话题。Steve希望分享收获。和他一起了解他的第一个嵌入式视觉项目吧。

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什么是嵌入式视觉?

近年来,许多电子领域形成了小型化的趋势。例如,IC集成度越来越高,电器行业的电路板已变得更小巧、强大。因此,PC、手机和相机同样越来越紧凑和强大。视觉技术领域存在这一趋势。

典型的机器视觉系统包括工业相机和一台PC:
前几年,这两种组件尺寸都大很多。但在近期,PC越来越小,同时,行业出现了单板计算机,也就是只有一个电路板的计算机。此外,相机电子元件更加紧凑,使得相机体积大为缩小。随着集成度越来越高,现在推出了无外壳的小型相机,可以轻松集成到紧凑的系统中。
由于PC和相机尺寸的发展,现在可以为新的应用设计非常紧凑的相机视觉系统。这种系统称为嵌入式(视觉)系统。

嵌入式视觉系统的设计与使用

举例来说,一个嵌入式视觉系统可以由连接到处理板的一台相机(所谓的板级相机)构成。处理板取代了典型的机器视觉装置中的PC的作用。处理板比典型的工业PC便宜得多,视觉系统可以变得更小,也更具成本效益。用于嵌入式视觉系统的接口主要是USB或Basler的LVDS接口“BCON”。
嵌入式视觉系统适合广泛的应用和设备,如医疗技术、车辆、工业和消费类电子元件。嵌入式系统使创造新产品成为可能,从而能够在多个领域创造新技术。

哪些嵌入式系统可供使用?

作为嵌入式系统,可以使用流行的单板计算机(SBC),例如Raspberry Pi®。Raspberry Pi ®是一台微型计算机,采用既定的接口,提供与典型的PC或笔记本电脑类似的功能。
此外,可以通过所谓的系统模块(SoM)或计算机模块(CoM)实现嵌入式视觉解决方案。这些模块代表一个计算单位。为适应各个应用所需的接口,需要采用所谓的独立载体板。载体板通过特定的连接器连接到SoM,其设计和制造相对简单。一方面,SoM或CoM(或整个系统)以成品形式提供,具有成本效益,另一方面,他们也可通过载体板单独定制。
对于大规模制造的设备,单独的处理板是理想选择。
所有的模块、单板计算机和SoM基于芯片上系统(SoC)。在这一组件中,处理器、控制器、内存模块、电源管理和其他组件集成在一个芯片上。
得益于这些高效组件(SoC),嵌入式视觉系统才得以实现今天如此小的尺寸和低成本。

嵌入式视觉系统与标准视觉系统的特性比较

大部分上述单板计算机和SoM不包括标准PC常见的x86系列处理器。相反,这些CPU通常基于ARM体系结构。
ARM处理器领域广泛采用开源Linux操作系统。对于Linux,有大量的开源应用程序以及众多免费提供的程序库。
然而,基于x86的单板计算机也越来越多。
对于这种计算机,一贯的重要标准是嵌入式系统的可用空间。

对于软件开发人员来说,嵌入式系统程序开发不同于标准PC。作为一项规则,目标系统不提供同样可以用于编程的合适的用户界面。软件开发人员必须通过适当的接口(如果提供此类接口,例如网络接口)连接到嵌入式系统,或在标准PC上开发软件,然后将其转移到目标系统。
在开发软件时,应注意嵌入式系统的硬件概念面向特定应用,因此与普遍适用的PC显著不同。

然而,嵌入式和台式计算机系统之间的界限有时很难界定。想一想手机这种设备,它一方面具有嵌入式系统(基于ARM、单板构造)的许多特性,另一方面可以处理各种差别巨大的任务,因此属于通用计算机。

嵌入式视觉系统的优势是什么?

在某些情况下,很大程度上取决于嵌入式视觉系统的设计方式。单板计算机往往是一个不错的选择,因为它是标准产品。而且,它是一个简单易用的小型紧凑计算机。此解决方案对之前不太了解嵌入式视觉的开发人员有帮助。

然而,另一方面,单板计算机这一系统包含不使用的组件,因此一般无法实现最精简的系统配置。此解决方案适合较少到中等数量的设备。最精简的设置可通过定制的系统实现。但是需要更多集成工作。因此,此解决方案适合设备数量多的情况。
嵌入式视觉系统优势概览:
  • 精益系统设计
  • 重量轻
  • 无不必要硬件,性价比高
  • 制造成本降低
  • 能源消耗降低
  • 截面尺寸小

哪些接口适合嵌入式视觉应用?

嵌入式视觉是许多应用的首选技术。因此,设计要求非常多样化。根据规格,Basler提供了各式各样的相机,它们采用不同的芯片、分辨率和接口。

Basler在产品线中为嵌入式视觉系统提供的两种接口技术是:
  • 易于集成的USB3 Vision和
  • 针对精益系统设计的Basler LVDS接口“BCON”
这两种技术可以使用相同的Basler pylon SDK,从而更方便从一个接口技术切换到另一个。
USB3 Vision
USB 3.0是为简单的即插即用相机连接提供的理想接口,适合将相机连接到单板计算机。利用Basler pylon SDK,只需几秒就可以访问相机(例如访问图像和设置),因为USB 3.0相机符合标准并与GenICam兼容。

优势
  • 通过USB 2.0或USB 3.0连接轻松连接到单板计算机
  • 采用Raspberry Pi®、NVIDIA Jetson TK1和许多其他系统的经过现场测试的解决方案
  • 采用相关基板的SoM高效益解决方案
  • 稳定的数据传输,带宽高达350 MB/s
LVDS接口“BCON”
BCON是Basler专利的基于LVDS的接口,它允许将相机直接连接处理板,因而也直接连接到FPGA(现场可编程门阵列)等板载逻辑模块或类似部件。这能够实现精益系统设计,您可以受益于直接板对板连接和数据传输。

因此,此接口适合连接到载体/适配器板上的或采用单独开发的处理器单元的SoM。
如果您的系统基于FPGA,则可以通过BCON接口充分利用其优势。
BCON的设计具有适合扁平柔性线材的28针ZIF接头。它包含了与LVDS通道一起的5V电源,用于图像数据传输和图像触发。您可以使用采用I²C标准的通道配置相机。
Basler的pylon SDK经过量身定制,可以与LVDS接口协同运行。因此,它便于使用您的软件代码和pylon API改变曝光控制、增益和图像属性。由于应用的图像采集取决于所用的硬件,因此必须单独实施。

优势
  • 图像处理直接在相机上进行。这实现了极高的图像质量,而不会占用下游处理板非常有限的资源。
  • 通过基于LVDS的图像数据交换直接连接到FPGA
  • 借助pylon SDK,可以通过标准的I²C总线进行相机配置,无需进一步编程。实现了与GenICam标准的兼容性。
  • 开放、全面地记录图像数据软件协议
  • 提供了参考实施的开发工具包
  • 柔性扁平线材和小型接头适合空间限制极为严格的应用
  • 稳定可靠的数据传输,带宽高达252 MB/s

エンベデッドビジョンシステムの開発方法とカメラの取付け方法

虽然对于不太了解嵌入式视觉的开发人员来说,开发嵌入式视觉系统比较困难,但还是有很多可能。尤其是,从标准机器视觉系统切换到嵌入式视觉系统可以更加方便。除了其嵌入式产品线,Basler提供了可以简化集成的许多工具。

通过我们的simpleshow视频,了解如何开发嵌入式视觉系统以及如何轻松进行相机集成。

嵌入式视觉应用中的机器学习

嵌入式视觉系统通常需要对相机拍摄的图像进行分类: 例如,在传送带上区分圆形和方形饼干。过去,软件开发人员投入了大量的时间和精力开发用于根据类型A(圆形)或 B(方形)的特性(特征)对饼干进行分类的智能算法。在此示例中,这可能相对简单一些。然而,对象特征越复杂,这个任务就越困难。

但是,机器学习算法(例如,卷积神经网络,CNN)不需要输入任何特征。如果为算法提供了大量圆形和方形饼干的图像,以及哪些图像代表哪种类型的信息,算法可以自动学会如何区分两种类型的饼干。如果对算法展示了新的未知图像,它能根据已经看到的图像的“经验”确定该图像属于两个品种中的哪一种。在图形处理器(GPU)和FPGA上该算法特别快。

Basler为嵌入式视觉提供了哪些产品?

采用LVDS接口“BCON”的Basler dart和采用USB 3.0接口的Basler dart
什么相机适合我的嵌入式视觉应用?
嵌入式视觉应用PowerPacks
您在寻找适合集成到嵌入式项目的相机需要什么帮助吗? 借助于Basler dart USB相机的专用即插即用评估套装,Basler简化了这一过程。
Basler pylon嵌入式视觉应用软件
Basler久经市场考验的pylon相机软件套装为用户提供了友好易用的SDK,它适用于嵌入式视觉产品。
嵌入式视觉组件
嵌入式视觉系统的组成部分,除相机和处理板,还有很多其它组件。要建立一个稳定的解决方案,您需要配备与相机和应用完美匹配的组件。

您还有其他疑问吗?

您有关于我们的嵌入式视觉产品的其他疑问吗? 我们乐于帮助您组装系统,以满足您的要求。
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