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嵌入式技術  

FPGA可望在嵌入式視覺領域大放異彩

上網時間: 2012年09月06日     打印版  Bookmark and Share  字型大小:  

關鍵字:嵌入式視覺  中繼資料  演算法  模擬模型  FPGA 

作者:

Brian Dipert,嵌入式視覺聯盟

Jose Alvarez,賽靈思

Mihran Touriguian,伯克利設計技術公司

本文介紹了正在進入多個應用領域(包括軍事和航空應用)的嵌入式視覺新興應用,文中並以一款聯合開發的參考設計為例,驗證賽靈思Zynq元件在新興應用中的潛能。

哪些很有前途的創新技術能夠幫助你設計出一個可以及時提醒用戶有個小孩在游泳池中掙扎或者有個入侵者試圖闖入居民區或商業區的系統?同樣這些技術還能警告迫近馬路險情的司機,甚至防止他們做出錯誤變道、加速以及對他們自己和他人可能造成危險的其它動作。這些技術可以用電子‘眼’裝備軍用飛機或其它機器人實現從有限到完全自主的操作。這些技術能夠協助醫師診斷病人的病情,還能唯一地識別人臉,然後觸發一系列動作(比如自動登錄使用者帳戶,或彈出關聯新聞和其它資訊),解釋姿勢甚至辨別人類的情感。結合GPS、羅盤、加速度計、陀螺儀和其它功能,這些技術還能提供場景的資料增強表現。

嵌入式視覺就是對上述所有這些應用例子來說通用的一種技術,能夠用來記錄下一代電子系統的成功故事。嵌入式視覺最初應用於傳統的電腦視覺應用,如裝配線檢查、光學字元辨識、機器人、監控和軍事系統。然而近年來,關鍵技術構建模組的成本下降和功能增強使得視覺技術的應用得到了進一步拓寬和加速,並深入許多重要的大批量市場。

舉例來說,在不斷擴大和發展的應用需求推動下,影像感測器在一些關鍵屬性方面取得了顯著的進步,比如解析度、低光照性能、畫面播放速率、體積、功耗和成本。同樣,嵌入式視覺應用要求使用具有高性能、低價格、低功耗和靈活可程式設計能力的處理器,而所有這些理想屬性正在以眾多產品實現形式不斷成為現實。類似的好處還在最新代光學系統、照明模組、揮發和非揮發性記憶體以及I/O標準方面得到發揚光大。演算法也承受了艱鉅的挑戰,能夠借助這些硬體改進提供更具強韌性和可靠性的分析結果。

嵌入式視覺指的是能夠透過視覺方式理解周邊環境的機器。採用‘嵌入式’這個詞是為了代表任何包含影像感測器的系統,而不是普通電腦。例如,嵌入式可能意味著一個手機或一台平板電腦、一個監控系統、一個固定或能夠飛翔的機器人、一輛具有360度視角攝影機的汽車或一台醫療診斷設備,還可以是一台有線或無線用戶周邊設備。用於Xbox 360遊戲機的微軟Kinect也許就是後面這一大類中最有名的例子,在上市後的前兩個月售出了800萬台。

FPGA機會:案例研究

市場上有各種各樣且功能強大的嵌入式視覺處理產品:微處理器和嵌入式控制器、針對具體應用裁剪的SoC、DSP、圖形處理器、ASIC和FPGA。FPGA是可以用來實現嵌入式視覺的一種極具吸引力的矽平台,因為它融合了ASIC高性能與低功耗的硬體屬性和在CPU、GPU或DSP上執行的軟體演算法替代品的靈活性和上市時間優勢。靈活性是在嵌入式視覺市場發展的初期階段中特別重要的一個因素,因為在這個階段快速的缺陷修復和功能特性改進會很多,這與支援多樣化的演算法選項的想法不謀而合。FPGA的硬體可配置能力還能使設計更加容易地適應支援各種串列和並行(以及類比和數位)介面的影像感測器。

嵌入式視覺聯盟是一個技術開發人員和提供商組成的全球性統一聯盟,特許以豐富、快速和有效的方式將嵌入式視覺的潛能轉變為現實(見補充報導)。伯克利設計技術公司(BDTI)和賽靈思是該聯盟的兩個創始成員,兩家合作開發的一種參考設計用例不僅表明了嵌入式視覺具有非常光明的前途,而且展示了FPGA在嵌入式視覺的實現中能夠發揮重要的作用。這個專案的目標是研究系統設計師在建構高度複雜的智慧視覺平台時將會做出的典型架構決策,而這種平台所包含的單元通常要求密集的硬體處理和複雜的軟體及演算法控制。

BDTI和賽靈思對設計進行了劃分,FPGA部分完成數位信號處理密集型操作,CPU執行複雜的控制和預測演算法。這裡介紹的研究性實現透過乙太網介面將CPU板連接到FPGA板。FPGA執行高頻寬處理,只有中繼資料需要透過網路介面進行交換。這個專案還研究了軟硬體協同開發過程,這要求遠在最終FPGA硬體實現之前就要使用精確的模擬模型。


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