解决智能摄像机高性能机器视觉处理的数据传输瓶颈问题

本章介绍了高性能智能摄像机。它是一种彩色线扫描摄像机,通过整合高端图像处理器和图像传感器来检测印刷品质量。现有的智能摄像机都没有包括高性能机器视觉方面的技术,因此本章针对高速成像传感器和远程高性能机器视觉处理系统之间存在的数据传输瓶颈问题,着重论述了智能摄像机解决这一问题的可行性。

尽管高性能智能摄像机是基于特定应用要求而设计的,但在所有应用中都要涉及高速成像和高性能处理方面的技术。通过多次曝光方法,标准CMOS面扫描成像传感器的行速率可以超过100kHz。得益于面扫描的可操作性和集成的镜头畸变补偿技术,线扫描HPSC所感兴趣的细节可通过手工调节来实现。

组件架构可以实现不同级别的智能：①基于FPGA中的高性能图像处理技术和标准的摄像机链路接口,可以使高速线扫描摄像机进行工作;②10Gbit/s光纤以太网接口（HPSC可能是提供该接口的首款摄像机,参见参考文献[565]）,1Gbit/s以太网及在另外的FPGA中扩充了专用处理资源;③增强DSP的高级图像处理能力。

新的成像传感器不久将面世,数据速率会超过10Gbit/s,同时图像质量、速度和分辨率都会有所改善。例如Awaiba公司的16K线扫描传感器^[564]和奥地利研究中心的Xposure I成像传感器,这会推动线速率和图像质量方面的前沿技术的发展。此外,检测要求也随之提高,这样就需要更加复杂的图像分析算法。未来的智能摄像机必须能够提高处理这些数据的速率。两个问题是显著的：①原始数据输入到处理子系统;②为了提取所需信息执行更复杂的算法。(www.xing528.com)

虽然FPGA可以解决第一个问题,但是即使是下一代FPGA也不能满足第二个问题的相关算法要求。另一方面,现在的数字信号处理器甚至下一代数字信号处理器都不能达到所要求的数据速率,也不能提供适当的处理性能,虽然下一代数字信号处理器包含了多核（如飞思卡尔公司的StarCore MSC8156）^[2]。

接下来所介绍的多核构架可能是摆脱此困境的一种途径。目前几个引人注目的处理器,如Tilera公司的TilePro64和因特尔公司的Larrabee。两种处理器都包含了64个强大的内核^[57,478]。尽管通用图形处理器（GPGPU）进行了改进^[37],但由于它的高功耗和编程方面的缺陷,并不适合摄像机的集成。

在未来几年,每个芯片上处理器核的数量将会持续增加,这种情况也会影响高性能智能摄像机的设计。然而,利用几百个核的关键在于①算法的设计;②软件架构的实现;③存在可利用的开发环境。这将是未来需要面对的最重要的挑战。