跨出研究室 嵌入式視覺展現無窮應用潛力

在實際的應用系統中，嵌入式視覺技術可望帶來什麼樣的潛力呢？Berkeley Design Technology Inc. (BDTi)公司總裁兼嵌入式視覺聯盟(Embedded Vision Alliance；EVA)創辦人Jeff Bier在接受《EETimes》的專訪中分享了他的看法。在缺乏共通標準而使嵌入式視覺技術發展受阻之際，Jeff Bier強調唯有一種兼容各層面功能的標準，才能真正開啟並普及嵌入式視覺應用。


嵌入式視覺系統所用的處理器必須具備什麼樣的性能要求？
Jeff Bier：視覺演算法與應用大大地延伸了處理器性能要求的範圍。一般來說，雖然以運算能力的觀點而言，處理器的性能至關重要。但當你跨越學術研究到實際系統的鴻溝，採用先進演算法以即時執行視訊輸入時，卻不可避免地會消耗掉許多的處理功率。在許多嵌入式系統中，設計人員面臨著尺寸、功耗與成本等嚴苛的限制條件，因此，能夠以低成本與低功耗提供充份的處理能力是至關重要的。

而在其它一些要求大量運算的嵌入式處理領域──如隨即浮現於我腦海中的消費性視訊設備──在某種程度上而言，演算法是標準化的。這意味著晶片設計人員可以使用功能固定的硬體加速器和協同處理器，以低功耗和低成本提供大量的處理器運算性能。

但在視覺應用方面，不同的應用之間往往採用不同的演算法，甚至是在同一款應用中，所用的演算法也可能因設計不同或時間不同而異。因此，除了極其少數的一些大量應用以外，功能固定的硬體往往無法作為解決方案。在嵌入式視覺系統中，我們需要的處理器必須能夠以低成本與低功耗，提供每秒數十億次即時運算處理性能，並具有彈性化的可編程性能。過去幾年來，已經有這樣的處理器問世，並可協助嵌入式視覺技術進一步導入主流應用中。

感測器在此所扮演的角色為何？
Bier：很明顯地，影像感測器是嵌入式視覺技術的關鍵。影像感測器在近年來已變得比較不那麼昂貴了，這主要可歸功於行動電話普遍且大量且地採用了影像感測器。除了傳統的影像感測器以外，許多視覺應用都可以利用各式各樣的感測器。例如，3D感測器在微軟Kinect的應用即其一例，3D感測器可說是許多應用的一大福音，因為有了3D影像後確實簡化了一些視覺任務。


在深入探索嵌入式系統以前，必須先具備哪些電腦視覺知識呢？

Bier：大多數的嵌入式系統設計工程師並不瞭解嵌入式視覺技術具有什麼樣的能力。這是因為，一直到最近以前，在大多數的嵌入式系統中使用視覺技術仍不切實際；它畢竟還是太昂貴了。而今，為一系列廣泛的各種系統進一步納入視覺性能，在經濟上已經變得較為可行了；因此，對於系統設計者而言，熟悉這項技術、並進一步瞭解這項技術能做些什麼是相當重要的。

早期採用視覺技術的工程師們現在已經可以拿出一些令人驚喜的新產品和產品功能了。當然，工程師們不僅需要瞭解視覺技術能做什麼，同時也要學會如何把視覺技術整合於自己的產品中。在這方面，目前雖然已經累積了一些龐大的出版文獻可供參考，但其中絕大多數都是學術研究出版品，以及一些通常不適合協助工程師用於構建解決方案的文獻。工程師們需要的是更實際的資訊，如指導方針、設計實例、架構圖以及樣本程式碼等。

由BDTi、CEVA、賽靈思(Xilinx)、IMS Research、亞德諾(ADI)、Apical、安富利(Avnet)、Cognivue、飛思卡爾(Freescale)、MathWorks、美商國家儀器(NI)、NVIDIA、德州儀器(TI)、TEL與XMOS等嵌入式系統處理器晶片商、影像處理業者、量測廠商與EDA廠商等多家公司共同組成的嵌入式視覺聯盟(EVA)，共同致力於提高人們對於嵌入式視覺技術的認知，並為設計工程師提供協助其使用嵌入式視覺技術技術時必備的實用資訊。目前，EVA聯盟的第一項計劃是打造專為工程師提供實用資訊的網站，http://www.embedded-vision.com。

目前有什麼可用的嵌入式視覺系統開發平台呢？

Bier：從頭開始打造一款視覺系統或子系統，可說是一項龐大且複雜的工作。你必須從像影像感測器與處理器等這一類的基本元素開始，以及從無到有著手建立一種演算法。這對於資源的利用而言，並不是非常有效率的作法，特別是因為在視覺應用中還存在著不斷週而復始出現的共同問題。

工程師們最好不要選擇這種捲土重來的做法，他們應該能夠針對特定應用的一些共同元素，重新使用業經驗證的解決方案，然後再將自己的專才發揮在其設計獨特之處。我個人認為，這意味著我們需要專門針對視覺應用的先進開發平台，例如，其中包括開發板以及合適的處理器、記憶體、I/O和影像感測器的視覺開發平台。同時還伴隨有建置一個或多個視覺應用案例的應用軟體。此外，這一視覺開發平台也提供了來源程式碼，使工程師們能夠參考這些範例應用立即開始工作，並對其設計進行修改，或添加所需的獨特功能。

這種開發平台還將包括強大的開發工具，讓工程師們在定義所需的功能時，能夠作業於更高的抽象層，無需犧牲太多性能。同時，完整的開發平台還提供一個最佳化視覺建構功能的豐富工具庫。

先進的開發平台將帶來莫大助益，以實現並加速視覺功能的普及。

嵌入式視覺領域有什麼樣的標準需求？

Bier：當今的嵌入式視覺技術正因為缺乏標準使其發展受阻。對於系統所能提供的一些基本性能適用什麼條款，甚至也沒有什麼共識。這讓工程師們更難以選擇最佳的技術與建構解決方案，也無法因應時間改變需求而調整其設計。

至於嵌入式視覺技術如何才能發揮真正的潛力？我認為我們將需要一種容納各個層面的標準。例如，如果基於手勢的用戶介面變得普及，對於用戶而言，能夠使用一套具有多種不同機制的通用手勢功能將會變得十分重要。而如果3D成像成為視覺應用的共同工具，那麼不管使用什麼樣的感測器，我們都將必須為視覺應用找到一個重現3D影像數據的共同方式。

電子工程專輯 2011/10/20 Susan Hong

相關連結
A new vision for embedded vision (EETimes)