具有(yǒu)模块化硬件的图像处理(lǐ)嵌入式系统

2021-07-23

具有(yǒu)模块化硬件的图像处理(lǐ)嵌入式系统

随着工业自动化、汽車(chē)技术、遥感等的进步，图像处理(lǐ)在许多(duō)嵌入式系统中占据中心位置。由于许多(duō)具有(yǒu)永久正常运行时间的成像系统的质量低下，因此使用(yòng)较旧的视频系统进行图像处理(lǐ)是困难的或不可(kě)能(néng)的。因此，可(kě)以开发较旧的相机系统来感测位置和运动（例如，自动安全系统），但由于视频帧速率低且质量低，因此无法对捕获的图像进行其他(tā)处理(lǐ)。

较新(xīn)的系统提供具有(yǒu)更高帧速率和更高分(fēn)辨率图像的视频，但这些系统仍需要直接连接到计算机才能(néng)启用(yòng)任何有(yǒu)用(yòng)的图像处理(lǐ)应用(yòng)程序。今天，带有(yǒu)专用(yòng) GPU 的较新(xīn)硬件模块可(kě)以在嵌入式系统中执行图像处理(lǐ)任務(wù)，而无需直接连接到桌面、服務(wù)器或云。这些嵌入式系统仍然需要合适的板卡来与这些硬件模块连接，但使用(yòng)合适的设计工具，您可(kě)以轻松地為(wèi)您的图像处理(lǐ)嵌入式系统创建新(xīn)板卡并将其部署在边缘。

嵌入式系统中的图像处理(lǐ)应用(yòng)

用(yòng)于高级图像处理(lǐ)应用(yòng)程序的嵌入式系统，尤其是涉及机器學(xué)习或 AI 模型的应用(yòng)程序，需要强大的处理(lǐ)能(néng)力和内存以及高分(fēn)辨率视频。理(lǐ)想情况下，这些功能(néng)应该集成到一个具有(yǒu)小(xiǎo)尺寸和大量板载内存的单一封装中，用(yòng)于存储数据。添加到此网络或无線(xiàn)连接，您就拥有(yǒu)强大的基于机器學(xué)习的图像处理(lǐ)系统所需的所有(yǒu)元素。

许多(duō)希望在该领域开发新(xīn)产品的设计师当然可(kě)以為(wèi)他(tā)们的产品设计定制板，但还有(yǒu)其他(tā)选择。大多(duō)数开发板（例如 Arduino）将您允许的外形和功能(néng)限制在可(kě)以通过标准接头或 USB 连接的模块上。您还将仅限于运行相当简单的低延迟机器學(xué)习模型。这适用(yòng)于处理(lǐ)静止图像，但这些更简单的系统不适用(yòng)于视频处理(lǐ)。

更好的方法是围绕更强大的 GPU 模块设计電(diàn)路板。NVIDIA 的 AI 专用(yòng)板卡是构建图像处理(lǐ)嵌入式系统的理(lǐ)想硬件平台。这些模块在 ARM Cortex 架构上运行，嵌入式软件开发人员会找到大量资源来為(wèi)这些模块构建固件。开箱即用(yòng)，它们可(kě)用(yòng)于并行运行多(duō)个神经网络。以下是您可(kě)以使用(yòng) NVIDIA 模块在嵌入式环境中构建和运行的一些应用(yòng)程序：

图像识别。这涉及识别图像中的特定特征。这是下面列出的两种图像处理(lǐ)技术的基本部分(fēn)。一些常见的任務(wù)包括边缘检测（例如，使用(yòng) Canny 过滤或拉普拉斯算子）或人脸检测。

图像分(fēn)割。此任務(wù)旨在将图像分(fēn)割為(wèi)特定特征。一个很(hěn)好的例子是姿势识别，其中必须识别图像中的特定身體(tǐ)部位，然后使用(yòng)这些身體(tǐ)部位的排列来确定人體(tǐ)的姿势。

图像分(fēn)类。在这里，图像根据它们包含的特征进行分(fēn)类。示例应用(yòng)包括基于面部特征的情感分(fēn)析和生产線(xiàn)上的质量控制。我最近回顾了一篇关于使用(yòng)神经网络图像分(fēn)类进行肿瘤检测的研究文(wén)章；这种类型的应用(yòng)程序可(kě)以很(hěn)容易地部署在 NVIDIA 的一个模块上。

这些应用(yòng)程序的模型可(kě)以建立在神经网络之上或使用(yòng)其他(tā)机器學(xué)习技术。您可(kě)以在嵌入式系统中使用(yòng)大量开源库；如今，由于有(yǒu)大量可(kě)用(yòng)的机器學(xué)习、图像处理(lǐ)、人工智能(néng)和分(fēn)析库，Python 成為(wèi)这些应用(yòng)程序的首选语言。借助强大的基于 GPU 的 COM（如 Jetson Nano），您将拥有(yǒu)以低延迟对连续视频帧执行上述图像处理(lǐ)应用(yòng)程序所需的处理(lǐ)能(néng)力。

图像处理(lǐ)嵌入式系统的電(diàn)路板设计

如果您对快速部署可(kě)扩展的图像处理(lǐ)嵌入式系统感兴趣，Gumstix 的 Jetson Snapshot 板是适用(yòng)于各种应用(yòng)程序的理(lǐ)想系统。该板包括一个带有(yǒu) 4 GB RAM 的四核 ARM A57 处理(lǐ)器，為(wèi)运行图像处理(lǐ)模型提供了充足的内存。该板还包括 4 个用(yòng)于 Jetson Nano COM 的插槽，每个插槽都支持 4 个与 Raspberry Pi 摄像头模块 V2 兼容的垂直摄像头连接器。然后可(kě)以使用(yòng)千兆以太网或 WiFi 将该系统连接到本地网络。

Gumstix 的 Jetson 快照板。该板在单板中提供多(duō)达 16 个 1080p 30fps 视频流。

如果您需要為(wèi) Jetson Nano COM 定制板，那么您应该考虑采用(yòng)模块化设计方法。这允许您围绕强大的基于 GPU 的 COM 為(wèi)图像处理(lǐ)应用(yòng)程序构建自定义板。您还可(kě)以集成一系列传感器、无線(xiàn)通信功能(néng)（WiFi、LoRaWAN、ZigBee、蓝牙等）、功率调节模块和其他(tā)外围设备。

模块化设计方法允许您在设计電(diàn)路板时利用(yòng)模块之间的标准化電(diàn)气连接。如果您是AI 企业家，但不是 PCB 设计专家，则可(kě)以专注于為(wèi)您的产品设计功能(néng)和用(yòng)户體(tǐ)验；您的设计工具将处理(lǐ)其余的工作。如果您是一名软件工程师，您可(kě)以专注于使用(yòng)标准化库為(wèi)您的产品开发代码。Upverter 中的模块化设计工具非常适合模块化 SBC 设计；这些强大的设计工具可(kě)让您在几分(fēn)钟内创建功能(néng)齐全、可(kě)完全制造的基于 AI 的图像处理(lǐ)解决方案。

在 Upverter 中进行图像处理(lǐ)的具有(yǒu) AI 功能(néng)的板

如果您对使用(yòng)模块化设计工具开发图像处理(lǐ)嵌入式系统感兴趣，Upverter中的Jetson Nano COM 是开始创建下一个产品的好地方。这个特殊的 COM 為(wèi)尖端的 AI 和图像处理(lǐ)应用(yòng)程序提供了巨大的处理(lǐ)能(néng)力。Upverter 还允许您访问广泛的行业标准 COM 和流行模块，使您能(néng)够為(wèi)几乎所有(yǒu)嵌入式 AI 应用(yòng)程序创建生产就绪硬件。