VC44系列智能摄像机搭载1GHz TMS320C644x处理器

在20世纪90年代,卡尔斯鲁厄的一家企业Germany manufacturer Vision Components开发出便携式商业化智能摄像机模型,在机器视觉方面得到了成功的应用,这种设备越来越成熟。如今,有各式各样基础硬件架构所组成的不同模型可供选择,其范围从小型ARM5系列CPU到工作于1GHz时钟频率下的德州仪器DSP系列。本章叙述了在智能监控摄像机上实施复杂视觉算法的发展和相关的挑战。我们也给出了智能摄像机软件开发的一些有效方法,即把标准视觉库植入到Vision Components生产的摄像机。此外,我们还给出了几种算法的基准结果,最后深入研究了行人跟踪和人数统计算法的复杂度。

对超大空间区域进行监控、事件检测和监视的需求不断增长,智能摄像机恰恰是解决这些需求的理想选择。智能设备可以分析自身获得的图像（在系统前沿）,且只把高级别的事件信息发送给服务器,而不是传输原始视频数据（可能通过简单的运动分析）。这种方式下,几十或上百路视频流的实时分析处理任务被合理地分配在网络上。相对于集中在服务器上处理的方法,本地处理方法有利于节约带宽,具有更好的纠错功能,并且能节约大量的电能。然而,开发智能摄像机系统及视觉软件时,以下几点十分重要：

①如何实现不同摄像机间的通信？

②如何使网络结构具备可扩展性？

③如何实现网络中的分布式处理？

④如何应对智能摄像机中（静态的）有限的资源？

⑤如何保证智能摄像机中通用软件的开发进度？

⑥在摄像机中以较低的功耗实现算法,那么哪些工作是必需的？(www.xing528.com)

本章主要讨论第④～⑥问题：如何在智能摄像机中开发高效实时视觉算法？

回顾十年来,由Vision Components GmbH（VC）推出的第一台模型VC11,配备了ADSP2181处理器、512KB闪存、2MB的RAM及索尼1/3吋752×582像素的灰度CCD传感器。作为一台嵌入式计算机,其集成了图像传感器和可供开发者应用的软件开发环境,具有革新意义。使用的ADSP2181处理器要求分段寻址（与第一个英特尔处理器非常相似）,导致大型图像及数据数组的编程处理更加冗长复杂。另外,VC公司的函数库及操作系统得到充分优化、高效,并且支持鲁棒的实时应用开发。一个机器视觉系统的开发人员必须了解硬件的独特性及VC操作系统,以便能更高效地开发摄像机应用。另外,为了更好地使用摄像机,必须重新设计和编写来源于别处的图像处理代码。

某种程度上说,人们在应用中必须考虑智能摄像机硬件的专有属性,但是,自从引进VC11后,对于智能摄像机系统的低层硬件专有属性的依赖性已经大幅度减弱。供应商在设备里集成了功能更强大的处理器,并且运用标准的操作系统——主要是Linux和Windows CE,所有这些使得软件开发更轻松。FESTO摄像机、索尼模型及VC智能摄像机分别对应三种摄像机分别属于低端、中端及高端三种性能类别。

作为小型紧凑的Linux系统,FESTO SBOC-M-RIB摄像机的尺寸只有85×85×45m。它的处理器是因特尔XScale PXA255处理器,板载32MB的闪存及64MB的RAM,并且配备索尼640×480像素的CCD传感器。嵌入式Linux操作系统的简约性,使得该摄像机的小型化成为可能。不久的将来,我们可以将开放计算机视觉库以及中型应用程序植入摄像机中。

最新的索尼XI-V100智能摄像机系列运用ULY Eden处理器,该处理器工作在1000MHz的时钟频率下,并且和x86兼容。该摄像机有512MB的RAM,并且支持1GB～4GB的闪存。该摄像机运行于Windows XP嵌入式操作系统并且提供了适宜的软件开发环境。

VC公司将TI TMS320C644x处理器植入功能强大的VC44系列智能摄像机。该处理器运行在1000MHz的时钟频率下,提供4MB片上闪存,SD卡提供高达512MB的附加闪存,及64MB的动态RAM。该摄像机配备了不同的传感器及分辨率可供选择。1GHz TMS320C644x DSP是目前DSP中速度最快的,它的特点是具有类似RISC的指令集,可以并行调度八条指令,同时片上有两个L₁高速缓冲存储器（每个32KB）及一个256KB的L₂高速缓冲存储器。得益于TMS320C644x的架构,VC44智能摄像机的处理性能接近于现代PC机。虽然VC公司仍使用其原始操作系统中的API及图像处理库（近几年有新的增加）,但是单层地址空间及TI开发软件的方便性使得应用开发更容易。

由以上介绍的设备可以看出,现代智能摄像机的处理能力远远不只是简单的像素操作运算。这些高性能智能摄像机中CPU运行算法的速度可与现代PC机的速度相比拟。然而,仍然存在一些基本的挑战性问题,来自于现代视觉算法的属性和可实现性方面：浮点运算的运用,快速存储/像素访问,巨大数据集合上的矢量/矩阵运算及软件环境。