機器視覺對于物聯(lián)網(wǎng)來說是什么位置

將機器視覺系統(tǒng)連接到物聯(lián)網(wǎng)可以創(chuàng)建強大的網(wǎng)絡(luò)功能。能夠從攝像機中識別出對象，可以使本地節(jié)點更加智能并具有更大的自治權(quán)，從而減少了中央服務(wù)器上的處理負荷，并可以實現(xiàn)更加分布式的控制體系結(jié)構(gòu)。從而提供了更有效的操作，而所需的外部輸入少得多。

機器視覺在過去十年中取得了長足的進步。能夠檢測視頻幀內(nèi)邊緣和移動的最新算法，以及與圖像傳感器，可編程邏輯，微控制器和圖形處理單元（GPU）相關(guān)的硅技術(shù)的進步，已幫助將其帶入了廣泛的嵌入式領(lǐng)域應(yīng)用程序?？梢韵螺d到FPGA的更復(fù)雜的設(shè)計與新的開發(fā)環(huán)境（例如OpenCV）一起使用，以使嵌入式系統(tǒng)設(shè)計人員可以更輕松地訪問機器視覺。

機器視覺的這種不斷增長的擴散正在與將工業(yè)系統(tǒng)連接到物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的趨勢融合。隨著傳感器變得越來越智能化（部分地由支持的計算機視覺算法驅(qū)動），因此生成的數(shù)據(jù)為工業(yè)系統(tǒng)的運行提供了寶貴的見解。反過來，這又開辟了監(jiān)視設(shè)備的新方式，將自主機器人系統(tǒng)（如無人機）連接到物聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施。

轉(zhuǎn)向機器視覺的部分原因是帶寬考慮，而另一個主要動機是使工業(yè)操作的更多部分自動化的前景。機器視覺的關(guān)鍵應(yīng)用之一是檢查系統(tǒng)。在過去的十年中，帶有CMOS圖像傳感器的高性能相機系統(tǒng)的價格已大幅下降，從而可以在制造過程中更高分辨率地檢查電路板和系統(tǒng)。這些相機模塊與FPGA結(jié)合在一起，可以增加處理和決策的能力。這使攝像機可以對接收到的數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的響應(yīng)，從而減少了通過網(wǎng)絡(luò)發(fā)送視頻的需求，并提高了整體操作效率。

將檢查設(shè)備的機器視覺元素連接到物聯(lián)網(wǎng)，可為正在對工廠性能進行分析的企業(yè)系統(tǒng)提供更多數(shù)據(jù)。機器視覺可以提供適合此類企業(yè)系統(tǒng)的抽象級別的信息，而不是原始數(shù)據(jù)。這顯著降低了服務(wù)器和整個網(wǎng)絡(luò)的帶寬開銷-企業(yè)系統(tǒng)正在處理來自物聯(lián)網(wǎng)的數(shù)百萬個數(shù)據(jù)點，因此服務(wù)器負載的任何減少都將有助于做出更及時的決策。

機器視覺攝取量的增加也為自動化工廠中的機器人制導(dǎo)系統(tǒng)打開了市場。因此，檢查機器可以基于從機器視覺系統(tǒng)獲得的結(jié)果，繞開中央企業(yè)服務(wù)器并直接與工廠中的其他設(shè)備進行通信。這樣可以提高效率，并再次減少網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器上的負載。機器視覺還被用于控制自動化設(shè)備，特別是在物料搬運中。這涵蓋了從自動機器人控制系統(tǒng)到工廠周圍物料轉(zhuǎn)移到倉庫中用于識別產(chǎn)品的自動揀選機的所有內(nèi)容。

對于自主式物料搬運機器人，機器視覺就像在地板上確定一條線從一個位置到另一個位置一樣簡單。但是，它也可用于檢測途中的人員或障礙物，從而使工廠操作員和機器人可以安全高效地協(xié)同工作。如前所述，產(chǎn)品揀選現(xiàn)在也采用了機器視覺，通過條形碼識別物品，然后對齊機械手以捕獲特定物品并將其放入籃子。攝像機和隨之而來的本地處理都是必不可少的，并且作為廣泛的物聯(lián)網(wǎng)的一部分，拾取器/自主機器人也受到不斷監(jiān)控。

隨著無人機越來越依賴于機器視覺，這種情況甚至擴展到了空中。事實證明，無人機是在難以到達的區(qū)域（例如，石油管道和天然氣設(shè)施）進行檢查的一種高效方法。除了允許無人機識別并接近特定目標區(qū)域外，以便可以對其進行更仔細地檢查之外，機器視覺還被用于防撞目的-通過將攝像頭系統(tǒng)連接至目標區(qū)域，避免固定障礙物甚至其他無人機。

然后是監(jiān)視市場。越來越多地使用機器視覺在這里具有巨大的意義。無需每秒反饋百萬位的視頻數(shù)據(jù)供操作員查看，而是可以在本地處理視頻并觸發(fā)警報，而無需任何人工干預(yù)。在FPGA上運行的機器視覺算法越來越精確。結(jié)果，它們更好地區(qū)分了入侵者，動物或樹上的葉子（例如）的移動，從而使操作員可以同時支持更多數(shù)量的監(jiān)視節(jié)點。此外，監(jiān)控攝像機本身可以指示其他機器響應(yīng)警報。自主地面和空中車輛（如無人機）的組合可能會改變監(jiān)視的整個方式。成像系統(tǒng)不是安裝在固定的攝像機上，而是安裝在機載飛行器上，該機在飛行過程中會不斷監(jiān)視該區(qū)域。這些無人機隨后在電池電量耗盡時返回充電基地，并派出其他無人機代替它們。這意味著可以提供恒定的監(jiān)視范圍。更高級的機器視覺算法能夠識別潛在威脅，然后召集其他空中和地面飛船到該地區(qū)以進一步監(jiān)視情況-所有這些都無需操作員參與。相同類型的情況同樣適用于農(nóng)業(yè)應(yīng)用，其中空運飛機上的機器視覺算法可以監(jiān)視農(nóng)作物的狀況，并在出現(xiàn)問題時將操作員（或自動拖拉機）引導(dǎo)至目標區(qū)域響應(yīng)動作的形式。

此處概述的應(yīng)用程序已通過底層硬件和軟件技術(shù)的進步而實現(xiàn)。機器視覺算法的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，可以將它們下載到最新的FPGA和GPU。這些設(shè)備一次可以處理8或16個通道，支持每秒60幀的速率。它們還可以與OpenCV等高級軟件結(jié)合使用。

最初，OpenCV最初主要專注于研究和原型制作，近年來已越來越多地用于從云到移動的各種平臺上的已部署產(chǎn)品中。最新版本OpenCV 3.1已發(fā)布。以前的版本3.0是一項重大改進，將OpenCV提升到現(xiàn)代C ++標準，并合并了對3D視覺和增強現(xiàn)實的擴展支持。新的3.1版本引入了針對重要功能的改進算法，例如校準，光流，圖像濾波，分割和特征檢測。

未來的可能性

在機器視覺之后，機器學(xué)習(xí)是顯而易見的下一階段。計算機視覺算法能夠提供對靜止圖像和視頻內(nèi)容的確定性分析，但是機器學(xué)習(xí)正在應(yīng)用其他神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法來“教”系統(tǒng)尋找什么。例如，最新版本的OpenCV現(xiàn)在支持用于機器學(xué)習(xí)的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。

FPGA和GPU性能的提高為機器學(xué)習(xí)開辟了新的機會。這依賴于訓(xùn)練階段，在該階段中，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)顯示了許多不同的圖像，這些圖像標記有感興趣的對象，通常由實驗室或云中的大型服務(wù)器系統(tǒng)處理。它產(chǎn)生一系列權(quán)重和偏差數(shù)據(jù)，然后將其應(yīng)用于嵌入式設(shè)計中實現(xiàn)的同一網(wǎng)絡(luò)。這個“推理引擎”使用這些權(quán)重來評估它正在查看的新數(shù)據(jù)是否包含那些對象。例如，最新的監(jiān)控攝像頭正在使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)機器學(xué)習(xí)算法來超越傳統(tǒng)功能（例如監(jiān)視和記錄），并提供其他視頻分析功能（例如人群密度監(jiān)視，立體視覺，面部識別，人員計數(shù)和行為分析）。然后可以將該本地處理交付到物聯(lián)網(wǎng)中，從而集成到云中更廣泛的分析軟件中。