機器人視覺技術(shù)有望顛覆想象

　　機器人視覺使機器人具有視覺感知功能的系統(tǒng)，是機器人系統(tǒng)組成的重要部分之一。機器人視覺可以通過視覺傳感器獲取環(huán)境的二維圖像，并通過視覺處理器進行分析和解釋，進而轉(zhuǎn)換為符號，讓機器人能夠辨識物體，并確定其位置。

　　隨著科學技術(shù)的不斷進步，具有類似于人類視力的機器人系統(tǒng)不再是科幻小說中的夢想。今后，3D視覺系統(tǒng)將成為機器人系統(tǒng)的標準附加設(shè)備，攜手機器人共同打造夢幻般視覺。

　　過去幾年來，這個以知識為導向的產(chǎn)業(yè)經(jīng)歷機器視覺系統(tǒng)的元件與模組日益復雜化;另一方面，與機器視覺系統(tǒng)相關(guān)的市場應也持續(xù)擴展到超越工業(yè)制造以外的新應用領(lǐng)域，特別是如今當硬體尺寸縮減以及嵌入式系統(tǒng)持續(xù)展現(xiàn)動能之際，即將來臨的奈米技術(shù)、先進感測器、機器對機器(M2M)通訊系統(tǒng)以及物聯(lián)網(wǎng)(IoT)等新興技術(shù)發(fā)展，將進一步推動機器視覺應用擴展至消費性電子、可穿戴式裝置、汽車先進駕駛輔助系統(tǒng)(ADAS)以及智能化監(jiān)控等更貼近大眾生活的領(lǐng)域。

　　全球機器視覺市場可望在2018年以前超越50億美元大關(guān)。

　　視覺處理向3D跨越

　　隨著Google正式發(fā)布ProjectTango后，3D機器視覺變得更熱門。Kingston表示，“消費領(lǐng)域的3D處理主要瞄準3D成像、自然使用者界面(NUI)和3D視覺應用，如PC、筆記型電腦、平板電腦、智能手機和其它消費性設(shè)備。”

　　業(yè)界追尋3D視覺的主要原因在于解決2D機器視覺的固有局限，若能更有效地實現(xiàn)在分割(分離近景和遠景)、照明(用于人臉辨識)、相對位置(場景中的物體)等方面的功能，就能讓更多應用透過3D空間資訊來簡化并提高視覺系統(tǒng)的精密度與可靠性。

　　但無論是3D感測器(例如TOF相機)或以2個2D影像感測器實現(xiàn)的立體感測器，對于處理能力的要求也更高。Wilson指出，“立體匹配(使用兩個影像感測器的輸入)要求差異映射來產(chǎn)生3D景深圖。這是一個非常困難的電腦視覺問題，學術(shù)界也積極研究最佳化立體辨識演算法。”由于實現(xiàn)3D感測的每一種方法都存在性能的折衷，CogniVue目前正開發(fā)一種新的演算法，期望針對低成本3D感測器計算其視差圖。

　　處理大量即時資料需要密集的運算能力。若是想實現(xiàn)穩(wěn)定的3D感測映射是非常困難的，特別是對于低功耗的設(shè)備來說。為此，他強調(diào)，“CogniVue的APEX影像辨識處理(ICP)技術(shù)能在電量有限的3D視覺應用中發(fā)揮關(guān)鍵作用。”

　　對于系統(tǒng)設(shè)計人員來說，設(shè)計一款能有效執(zhí)行不同視覺演算法的硬體是一項艱巨的挑戰(zhàn)。系統(tǒng)廠商選擇影像/視訊處理解決方案時，可以選擇全部集中在CPU完成，也可以選擇卸載一部份影像處理工作給GPU，或者專為影像處理增加硬體邏輯。在需要3D處理的應用中，GPU已經(jīng)讓系統(tǒng)的一部份執(zhí)行多種電腦視覺演算法，從而有助于為通用CPU分擔工作負載。

　　“i.MX6擁有強大的GPU運算能力，其3D引擎GC2000內(nèi)含4個渲染核心，可提供高達30GFLOPS的運算能力，支援OpenCL1.1EP，”飛思卡爾(Freescale)微控制器事業(yè)部亞太區(qū)市場行銷和業(yè)務拓展經(jīng)理李星宇介紹，“此外，i.MX6Q還擁有一個專用的2D引擎(1Gpixel/s)和一個向量繪圖處理引擎。”

　　針對影像擷取領(lǐng)域，經(jīng)常利用2D相機感測器或其他光學感測技術(shù)來分析運算3D資料。除了飛行時間法(TOF)3D成像(為目標物連續(xù)發(fā)送光線脈沖，根據(jù)光線脈沖與感測器接收反射光線之間的時間，計算出目標物距離)，在工業(yè)制造檢測方面較廣泛應用的是3D雷射三角法，差別在于3D雷射感測器采用逐點掃描，而TOF相機則同時得到整幅影像的深度資訊。

　　相較于雷射三角的3D成像方式，美商國家儀器(NI)技術(shù)行銷工程師黃翔鉎介紹，NILabVIEW可為3D視覺應用提供雙目立體視覺功能，工程師可將2部相機安裝在物體的不同角度后，使用校準技術(shù)調(diào)校兩部相機之間的畫素資訊以及擷取資料，并透過LabVIEW的3D工具庫進行數(shù)學運算分析。透過一個軟硬體無縫整合的繪圖開發(fā)環(huán)境來設(shè)計3D視覺應用，更能簡化工程師的工作。