软硬结合的智能视觉让机器人行动更灵敏
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上面所述算法可能对于固定式机器人来说足够了。但对于移动机器人来说，还需要采用其他算法才能使机器人在其环境中安全地移动。SLAM(同步定位绘图)是一种可使机器人创建环境地图并跟踪其当前位置的算法。这种算法需要绘制三维环境地图。由于有许多深度感应传感器选件；因此常见的方法是采用一对被配置成“立体”摄像头的2D摄像头，其作用类似于人类视觉系统。
立体摄像头依靠对极几何，采用一对2D图像的投射为每个场景内的每个点提供3D位置。根据前面2D观点所提到的，特征可用于检测3D场景中的有效位置。例如，与平整的墙面相比，机器人更容易检测到桌角的位置。在给定的位置和方向，机器人可以检测特征，通过比较其内部地图以确定其位置并改进地图质量。考虑到目标经常会移动，因此静态地图对于试图适应其环境的机器人来说，用处不大。
处理器的选择
为了有效地打造出机器人视觉，我们将所需的处理步骤分为若干阶段。特别是我们前面所讨论的算法，其处理步骤可分为4个阶段，根据处理要求，每个阶段都具有独特的特征与限制(参考1)。市场中充斥着各种类型的视觉处理器，并且不同类型的视觉处理器(根据其性能、功耗、成本、功能灵活性和其他因素)可能适合不同的算法处理阶段。实际上，视觉处理器芯片可能集成了多个不同类型的处理器内核，从而满足多个处理阶段的独特需求(图4)。
图4：视觉处理器芯片可能集成了多个不同类型的处理器内核，从而满足多个处理阶段的独特需求
●调整大小
●色彩空间转换
●图像旋转和翻转
●去隔行
●色彩调整和色域映射
●伽玛校正，
●对比度增强
在此阶段，每一帧内的每个像素都会进行处理，因此每秒的工作量都是巨大的。在立体图像处理时，两个图像平面必须同时进行处理。面向这些操作的其中一个处理选项为专用硬件时钟，有时又被称为IPU(图像处理单元)。最近推出的视觉处理器(包含IPU)可在稳定的帧速率下同时处理两个图像，每个图像的分辨率都高达2048x1536像素(300多万像素)。
第二个处理阶段将进行特征检测，在这一阶段(如前面所讨论的)，角、边和其他显著图形区域将会被提取。这个处理阶段仍在每个像素的基础上进行，因此非常适合那些高度并行的架构，但这一阶段可处理更加复杂的数学函数，如一阶和二阶导数。DSP、FPGA、GPU、IPU和APU(阵列处理器单元)都是常用处理选项。DSP和FPGA具有高度的灵活性，因此非常适用于那些不成熟和正在发展的应用(和实施这些应用的算法)。与其他方法相比，该灵活性虽然带来了更高的性能，但也带来更多的功耗和成本。
在灵活性/专用性比最高的选择是专用IPU或APU，他们特别适用于视觉处理任务。它每秒可处理数十亿的操作，但由于经过应用优化，它并不适合更广泛的功能。灵活性/专用性较为折衷的是GPU，GPU过去常常出现在电脑中，而现在也嵌入到应用在智能手机、平板电脑和其他大批量应用的应用处理器中。
浮点单元计算(如光流算法中的最小二乘功能)、SURF(用于快速显著点检测的快速鲁棒特征算法)中的描述符计算和点云处理都非常适用于高度并行的GPU架构。这种算法可运行在SIMD(单指令多数据)矢量处理引擎(如ARM的NEON或功率架构CPU中的AltiVec功能模块)上。无论如何，包括OpenCL(开放计算机语言)和OpenCV(开源代码计算机视觉库)在内的架构和库，都可简化并加快软件开发，还可能包括在多个内核上对一个任务的各个部分进行分配的能力。
在第三个图像处理阶段，系统将根据特征图对目标进行分类。与之前阶段基于像素的处理方法相比，这些目标检测算法以高度非线性的结构和方式进行数据访问。然而，仍需采用强大的处理“机制”通过丰富的分类数据库来评估多种不同的特性。这种需求非常适合单核和多核传统处理器，如基于ARM和Power架构的RISC设备。这种选择标准也同样适用于第四个图形处理阶段，该阶段将通过多帧跟踪检测目标、实施该环境的模块，并根据各种环境来评估是否应该实施动作。鉴于视觉处理的数据密集型属性，当评估处理器时，用户不仅应评估内核数量和每核速度，还应评估每个处理器的数据处理能力，如外部存储器总线带宽。
行业联盟援助
由于市场上出现了性能日渐强大的处理器、图像传感器、存储器和其他半导体器件，加上极具鲁棒性的算法，将计算机视觉功能整合到广泛的嵌入式系统中变得切实可行。在这里，“嵌入式系统”指的是基于微处理器的所有系统，而不是一台通用计算机。因此，嵌入式视觉是指在嵌入式系统、移动设备、专用电脑和云中加入计算机视觉技术。
嵌入式视觉技术有潜力支持大量电子产品(如本文讨论的机器人系统)，比以前更智能、更灵敏，因而对用户更有价值。它可以向现有产品添加有用的功能。它可以为硬件、软件和半导体的制造商们开创有重大意义的新市场。嵌入式视觉联盟(Embedded Vision Alliance)是一个由技术开发人员和提供商组成的全球性组织，旨在使工程师能够将这种潜力转化为现实。(end)
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