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FPGA如何為智能相機(jī)發(fā)展增添動(dòng)力" src="http://data.51spec.com:88/51spec/202009/29/013639271.png" title="CMOS傳感器和FPGA如何為智能相機(jī)發(fā)展增添動(dòng)力"/>

人們很難預(yù)測(cè)哪些新技術(shù)會(huì)帶來(lái)機(jī)器視覺(jué)發(fā)展的下一個(gè)突破，它可能來(lái)自多年學(xué)術(shù)研究的結(jié)果，或僅僅來(lái)自一個(gè)簡(jiǎn)單的決定，如將普通消費(fèi)類設(shè)備的新技術(shù)和改進(jìn)技術(shù)融入到高端智能相機(jī)中。最近改變機(jī)器視覺(jué)世界的兩種技術(shù)是CMOS傳感器和FPGA。我們來(lái)看看這些令人興奮的技術(shù)如何為智能相機(jī)的發(fā)展增添動(dòng)力。

CMOS 傳感器：從智能手機(jī)到智能相機(jī)

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)的發(fā)展曾局限于CCD鏡頭的低靈敏度和高噪點(diǎn)。CMOS傳感器的引入使智能相機(jī)的靈敏度和整體質(zhì)量顯著提高。

CMOS 影像傳感器

CMOS和CCD傳感器都是通過(guò)光電轉(zhuǎn)換來(lái)開(kāi)始他們的工作。然而，下一步 － 讀取每個(gè)單元內(nèi)累積的電子電荷 － 兩種傳感器將執(zhí)行不同的操作。CCD通過(guò)單元陣列傳輸零失真的電荷，然后在陣列的一個(gè)角上讀取結(jié)果。為確保電荷傳輸不失真，這類傳感器必須使用特殊（并且相對(duì)昂貴）的方法制造。CMOS傳感器則使用幾個(gè)晶體管放大和傳輸電荷信號(hào)。 這一方法使制造成本不斷下降，但卻帶來(lái)了失真。

噪點(diǎn)和失真帶來(lái)的障礙最終被克服了，但這起初并沒(méi)有在工業(yè)成像的領(lǐng)域內(nèi)發(fā)生。CMOS傳感器在普通消費(fèi)者的數(shù)碼相機(jī)內(nèi)發(fā)現(xiàn)了一席之地，然后進(jìn)入智能手機(jī)。在不斷降低價(jià)格的同時(shí)提高分辨率和質(zhì)量的壓力下，智能手機(jī)制造商接受了較低成本的選擇，同時(shí)致力于不斷的改進(jìn)該技術(shù)。最終，CMOS傳感器靈的敏度提高到可以取代CCD的水平。機(jī)器視覺(jué)行業(yè)從而采用了更具成本效益的傳感器，使智能相機(jī)的整體開(kāi)發(fā)成本更低。隨著成本的下降，智能相機(jī)獲得了更大的發(fā)展空間。

FPGAs： 實(shí)時(shí)操作解決方案

就像電腦，智能手機(jī)和其他數(shù)字設(shè)備一樣，智能相機(jī)使用集成電路來(lái)處理輸入并生成輸出。集成電路可以定制用于特殊用途，在這種情況下，它們被稱為專用集成電路（ASIC）。這些技術(shù)已經(jīng)被用在智能相機(jī)中，但是它們的主要缺點(diǎn)之一是，一旦制造出來(lái)，邏輯就完全固定于硅片上。對(duì)于可定制性至關(guān)重要的快速發(fā)展的技術(shù)而言，它們并不理想。

這就是現(xiàn)場(chǎng)可編程門(mén)陣列或FPGA的用武之地。機(jī)如其名，即使FPGA已經(jīng)制造并運(yùn)送給最終用戶，它也可以重新編程。它們由許多可以使用硬件描述語(yǔ)言（HDL）重新配置的邏輯塊組成。這種靈活性使工程師能夠更加自由地測(cè)試和開(kāi)發(fā)新型智能相機(jī)型號(hào)。

HAWK MV－4000 高性能智能相機(jī) 處理能力較上一代產(chǎn)品提高4倍，使用FPGA實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)觸發(fā)響應(yīng)。

FPGA首先在電信和網(wǎng)絡(luò)行業(yè)中被采用。當(dāng)工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)開(kāi)始要求智能相機(jī)捕捉快速移動(dòng)的傳送帶上的部件時(shí)，F(xiàn)PGA作為一種實(shí)時(shí)控制相機(jī)硬件的手段進(jìn)入了這個(gè)領(lǐng)域。一個(gè)例子是協(xié)調(diào)輸入觸發(fā)和傳感器采集。通過(guò)FPGA控制，攝像機(jī)可以實(shí)現(xiàn)近乎實(shí)時(shí)的觸發(fā)輸入響應(yīng)和對(duì)傳感器的控制，確保攝像機(jī)以可重復(fù)的位置獲取零件圖像。如果沒(méi)有這種技術(shù)，輸入和傳感器間的協(xié)調(diào)要經(jīng)過(guò)一系列緩慢的通用處理電路迷宮。這種延遲的影響是，在相機(jī)獲得需要拍攝照片的信號(hào)之前，基于傳送帶速度，目標(biāo)物體將會(huì)在視野內(nèi)移動(dòng)一定的距離。使用FPGA時(shí)，相機(jī)幾乎在觸發(fā)器被觸發(fā)的同時(shí)拍攝照片。將FPGA用作實(shí)時(shí)控件是近期智能相機(jī)功能突破的關(guān)鍵因素之一。

由于增加了CMOS傳感器和FPGA，智能相機(jī)目前正在經(jīng)歷一個(gè)令人興奮的階段。成本不斷下降，而性能不斷提升，更多的突破可能即將到來(lái)。也許另一個(gè)被忽視的技術(shù)即將在機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域突然發(fā)現(xiàn)它的價(jià)值。如前所述，你永遠(yuǎn)不知道下一個(gè)突破將來(lái)自哪里！