Ενσωματωμένο όραμα: Ένας περιεκτικός οδηγός | Σινοβίντ

Η ενσωματωμένη όραση αναφέρεται στην ενσωμάτωση των δυνατοτήτων υπολογιστικής όρασης σε ενσωματωμένες συσκευές και συστήματα. Σε αυτή την εργασία, θα εισαγάγουμε τις βασικές έννοιες των ενσωματωμένων συστημάτων όρασης και στη συνέχεια θα εμβαθύνουμε στα διάφορα πλεονεκτήματα και εφαρμογές τους.

Τι είναι το Embedded Vision;

Η ενσωματωμένη όραση αναφέρεται σε μια μηχανή που κατανοεί το περιβάλλον της μέσω οπτικών μεθόδων και αναφέρεται απλώς στη χρήση τεχνικών υπολογιστικής όρασης σε ενσωματωμένα συστήματα, η οποία περιλαμβάνει δύο τεχνολογίες: ενσωματωμένα συστήματα και υπολογιστική όραση (μερικές φορές αναφέρεται ως μηχανική όραση). Με άλλα λόγια, η "ενσωματωμένη όραση" αναφέρεται σε ένα ενσωματωμένο σύστημα που εξάγει νόημα από την οπτική είσοδο. Τα ενσωματωμένα συστήματα μπορούν να είναι οποιοδήποτε σύστημα βασισμένο σε μικροεπεξεργαστή που κάνει μια συγκεκριμένη εργασία και είναι διαθέσιμο παντού.

Η μεγαλύτερη διαφορά μεταξύ της ενσωματωμένης όρασης και αυτού που συχνά αναφέρεται ως σύστημα μηχανικής όρασης είναι ότι τα ενσωματωμένα συστήματα όρασης είναι συσκευές all-in-one, δηλαδή η ενσωματωμένη όραση είναι μια συλλογή ενσωματωμένων συστημάτων και τεχνολογίας μηχανικής όρασης.

Η διαφορά μεταξύ ενσωματωμένης όρασης και παραδοσιακής μηχανικής όρασης

Το παραδοσιακό σύστημα μηχανικής όρασης αποτελείται από τρία μέρη: σύστημα κάμερας, σύστημα επεξεργασίας εικόνας και σύστημα προβολής εξόδου. Η κάμερα είναι συνδεδεμένη στον υπολογιστή μέσω θύρας δικτύου ή διεπαφής USB. Η κάμερα συλλέγει πληροφορίες εικόνας και τις μεταδίδει στον υπολογιστή για επεξεργασία αναγνώρισης εικόνας.

Και το ενσωματωμένο υλικό συστήματος όρασης ενσωματώνει τομονάδα κάμεραςκαι πλακέτα επεξεργασίας, συνδυάζοντας λειτουργίες λήψης και επεξεργασίας εικόνας σε μία συσκευή. Η συσκευή υποστηρίζει υπολογιστική παρυφών, λήψη και επεξεργασία δεδομένων, λήψη αποφάσεων και, στη συνέχεια, αποστολή των δεδομένων σε άλλες συσκευές ή τοπική ή βασισμένη στο cloud επεξεργασία και ανάλυση. Ο συμπαγής σχεδιασμός μπορεί εύκολα να ενσωματωθεί σε βιομηχανικές και κινητές συσκευές, με χαμηλή κατανάλωση ενέργειας, μειωμένες ευρυζωνικές απαιτήσεις και χαμηλότερο λανθάνοντα χρόνο.

Οι αρχιτεκτονικές συστημάτων ενσωματωμένης όρασης είναι ποικίλες, με μια σειρά προσαρμοσμένων και τυποποιημένων στοιχείων。

Τα τυπικά συστατικά σε ένα ενσωματωμένο σύστημα όρασης είναι:

• Ενσωματωμένος επεξεργαστής- Εκτελεί αλγόριθμους και ελέγχει τη συσκευή
• Μονάδα κάμερας- Συλλαμβάνει εικόνες / βίντεο από τη σκηνή
• Φακός- Προσαρμόζει το FOV στις ανάγκες της εφαρμογής
• Μνήμη- Αποθηκεύει εικόνες, κώδικα προγράμματος και δεδομένα
• Διασυνδέσεις- Συνδέστε την κάμερα, τη μνήμη και τις συσκευές I / O

ΟΠλεονεκτήματα απόενσωματωμένο όραμα

Το ενσωματωμένο όραμα χαρακτηρίζεται από το μικρό του μέγεθος, τη φύση σε πραγματικό χρόνο και τη δυνατότητα ανάπτυξης σε τοποθεσίες άκρων. Επιτρέπει την ενσωμάτωση έξυπνων λειτουργιών όρασης στη συσκευή χωρίς την ανάγκη εξωτερικού υλικού επεξεργασίας.

Το ενσωματωμένο σύστημα όρασης είναι εύκολο στη χρήση, εύκολο στη συντήρηση, εύκολο στην εγκατάσταση κ.λπ. Μπορεί να κατασκευάσει γρήγορα ένα αξιόπιστο και αποτελεσματικό σύστημα μηχανικής όρασης, επιταχύνοντας έτσι σημαντικά την ταχύτητα ανάπτυξης του συστήματος εφαρμογής.

Σε σύγκριση με την παραδοσιακή μηχανική όραση, τα ενσωματωμένα συστήματα όρασης είναι λιγότερο δαπανηρά. Ακόμη και τα προσαρμοσμένα ενσωματωμένα συστήματα όρασης υψηλής τεχνολογίας είναι φθηνότερα από τα συστήματα μηχανικής όρασης. Ο κύριος λόγος για αυτό είναι επειδή τα ενσωματωμένα συστήματα όρασης έχουν χαμηλές απαιτήσεις υλικού, γεγονός που τα καθιστά μια οικονομικά αποδοτική επιλογή για πολλές εφαρμογές, ακόμη και με υψηλό κόστος ενσωμάτωσης.

Επιπλέον, τα ενσωματωμένα συστήματα όρασης χαρακτηρίζονται από ευκολία χρήσης, ευκολία συντήρησης, ευκολία εγκατάστασης, χαμηλή κατανάλωση ενέργειας και βελτιωμένο σχεδιασμό. Η δυνατότητα γρήγορης κατασκευής ενός αξιόπιστου και αποτελεσματικού συστήματος μηχανικής όρασης, το οποίο επιταχύνει σημαντικά την ανάπτυξη εφαρμογών, είναι ιδανική για στενούς χώρους και ενσωμάτωση με υπάρχοντα συστήματα. Αλλά το πραγματικό πλεονέκτημα του ενσωματωμένου οράματος είναι ότι τα συστατικά του δεν επηρεάζουν αρνητικά τα υπάρχοντα συστήματα.

Τα ενσωματωμένα συστήματα όρασης μπορούν να κάνουν πράγματα που τα παραδοσιακά συστήματα μηχανικής όρασης δεν μπορούν. Τα ενσωματωμένα συστήματα όρασης μπορούν να συλλάβουν και να επεξεργαστούν εικόνες, επιτρέποντας στα μηχανικά συστήματα να αντιδρούν στον κόσμο γύρω τους και να ενισχύουν την αυτονομία τους. Τα ενσωματωμένα συστήματα όρασης μπορούν να αντιδράσουν και να αναγνωρίσουν εικόνες μέσω βαθιάς μάθησης, επιτρέποντας στα μηχανικά συστήματα να λαμβάνουν αποφάσεις με βάση το περιβάλλον.

Οι προκλήσειςeΗ όραση MBEDDED θα αντιμετωπίσει

Το ενσωματωμένο όραμα αντιμετωπίζει διάφορες προκλήσεις, οι οποίες σχετίζονται κυρίως με την τεχνική υλοποίηση, τους περιορισμούς πόρων και τα χαρακτηριστικά του τομέα εφαρμογής. Οι ακόλουθες είναι μερικές από τις σημαντικότερες προκλήσεις:

1. Ταχύτητα επεξεργασίας:Τα ενσωματωμένα συστήματα όρασης πρέπει να επεξεργάζονται μεγάλο όγκο οπτικών δεδομένων σε πραγματικό χρόνο, γεγονός που απαιτεί επεξεργαστές υψηλής ταχύτητας και αποτελεσματικούς αλγόριθμους για υποστήριξη, προκειμένου να διασφαλιστεί η απόδοση και η ακρίβεια σε πραγματικό χρόνο.

2. Πρόβλημα κατανάλωσης ενέργειας:Δεδομένου ότι τα ενσωματωμένα συστήματα όρασης καταναλώνουν πολλή υπολογιστική και επεξεργαστική ισχύ, αυτό αποτελεί σημαντική πρόκληση για μικρές συσκευές (π.χ. smartphones, drones κ.λπ.) που βασίζονται στην ισχύ της μπαταρίας. Ο τρόπος μείωσης της κατανάλωσης ενέργειας διασφαλίζοντας παράλληλα την απόδοση είναι ένα βασικό ζήτημα που πρέπει να αντιμετωπιστεί στην τεχνολογία ενσωματωμένης όρασης.

3. Περιορισμοί μνήμης και αποθήκευσης:Τα ενσωματωμένα συστήματα όρασης πρέπει να επεξεργάζονται μεγάλες ποσότητες δεδομένων όρασης, κάτι που απαιτεί μεγάλη ποσότητα μνήμης και αποθηκευτικού χώρου για υποστήριξη. Ωστόσο, η μνήμη και οι πόροι αποθήκευσης είναι περιορισμένοι σε πολλές ενσωματωμένες συσκευές, γεγονός που περιορίζει το πεδίο εφαρμογής και την απόδοση των ενσωματωμένων συστημάτων όρασης.

4. Περιορισμένοι ενσωματωμένοι πόροι:Εκτός από τους περιορισμούς μνήμης και αποθήκευσης που αναφέρθηκαν παραπάνω, τα ενσωματωμένα συστήματα έχουν επίσης περιορισμένους πόρους, όπως αριθμητική ισχύ και εύρος ζώνης. Ο τρόπος επίτευξης αποτελεσματικής οπτικής επεξεργασίας με περιορισμένους πόρους είναι μια πρόκληση που πρέπει να αντιμετωπίσει η ενσωματωμένη τεχνολογία όρασης.

5. Βελτιστοποίηση αλγορίθμων και μοντέλων:Τα ενσωματωμένα συστήματα όρασης απαιτούν πολύπλοκους αλγόριθμους και μοντέλα υπολογιστικής όρασης. Αυτοί οι αλγόριθμοι και τα μοντέλα πρέπει να βελτιστοποιηθούν για τα χαρακτηριστικά των ενσωματωμένων συστημάτων, προκειμένου να μειωθεί ο όγκος των υπολογισμών, να μειωθεί η κατανάλωση ενέργειας και να προσαρμοστούν στις ανάγκες επεξεργασίας σε πραγματικό χρόνο.

6. Ασφάλεια και απόρρητο:Καθώς η τεχνολογία ενσωματωμένης όρασης χρησιμοποιείται όλο και πιο ευρέως σε διάφορους τομείς, ο τρόπος διασφάλισης της ασφάλειας και της ιδιωτικής ζωής των δεδομένων έχει γίνει μια σημαντική πρόκληση. Πρέπει να σχεδιαστούν αποτελεσματικοί μηχανισμοί κρυπτογράφησης και προστασίας της ιδιωτικής ζωής για την πρόληψη της διαρροής και της κατάχρησης δεδομένων.

Εφαρμογές Συστημάτων Ενσωματωμένης Όρασης

Το ενσωματωμένο σύστημα όρασης μπορεί να επιτύχει αναγνώριση εικόνας, ανίχνευση εικόνας, παρακολούθηση εικόνας, οπτική τοποθέτηση, μέτρηση αντικειμένων, ταξινόμηση αντικειμένων και άλλες εφαρμογές. Χρησιμοποιείται ευρέως στη βιομηχανική κατασκευή, την παραγωγή ηλεκτρονικών ημιαγωγών, την εφοδιαστική, τη ρομποτική, τον αυτόματο πιλότο αυτοκινήτων, τα drones, τα ηλεκτρονικά είδη ευρείας κατανάλωσης, την παρακολούθηση της ασφάλειας, την ιατρική διάγνωση και άλλους τομείς.

Συμπέρασμα

Μαζί με την ανάπτυξη του Industry 4.0, η ζήτηση για συστήματα όρασης στη βιομηχανική αγορά θα αυξηθεί και όλο και περισσότερες βιομηχανίες αναπτύσσουν ενσωματωμένες λύσεις όρασης. Τα πλεονεκτήματα των ενσωματωμένων συστημάτων όρασης έναντι των παραδοσιακών συστημάτων μηχανικής όρασης είναι πιο προφανή. Είναι συνήθως φθηνότερα, καταναλώνουν λιγότερη ενέργεια και έχουν πιο εξορθολογισμένο σχεδιασμό. Στις περισσότερες περιπτώσεις, η τεχνολογία ενσωματωμένης όρασης μπορεί να ικανοποιήσει απαιτήσεις εφαρμογών που τα συστήματα μηχανικής όρασης δεν μπορούν.