當機器視覺結(jié)合AI技術(shù) 推動物聯(lián)網(wǎng)新進展

在工廠自動化和農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域都應(yīng)用到視覺感測技術(shù)，雖然看似效果顯著，但只有當AI和機器學(xué)習被添加到組合中時，該技術(shù)才能真正發(fā)揮其作用。

機器視覺系統(tǒng)在工業(yè)流程中使用已有一段時間。例如，它們經(jīng)常被用來監(jiān)測在輸送帶上移動的產(chǎn)品。相對簡單的模式識別擴展了這些機器視覺系統(tǒng)的能力，但人工智能（AI）和機器學(xué)習（ML）的導(dǎo)入，正在?明機器視覺進入新的應(yīng)用。

一條工業(yè)生產(chǎn)線是相對一致的，這使得機器視覺系統(tǒng)更容易識別任何超出定義范圍的東西。在現(xiàn)實世界中，事情并非如此統(tǒng)一，而這正是AI和機器學(xué)習的用武之地。一個結(jié)合AI的機器視覺系統(tǒng)能辨別出的，將不僅僅是被損毀的產(chǎn)品或停滯的傳送帶。

這些系統(tǒng)將滲透到所有垂直領(lǐng)域并增強多種角色，「維護」是其中領(lǐng)域之一，AI可協(xié)助工程師維修復(fù)雜機器，至于其他的應(yīng)用，例如農(nóng)業(yè)可使用機器視覺來遠程監(jiān)控作物的健康狀況，并利用這些信息來調(diào)整灌溉周期、通風等。

為這些應(yīng)用提供AI后端云端平臺的商業(yè)價值亦有顯著增長。由于成本降低，平臺的使用增加了，而更高的準確性則推動了需求；這創(chuàng)造了一個投資的良性循環(huán)，將使機器視覺方案與AI云端平臺的連接變得更加簡單?，F(xiàn)在可以利用機器視覺來做更多的事情，它的使用有望推動物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的新的進展。

超低功耗感測
超低功耗傳感器解決方案的可用性是此一增長趨勢的關(guān)鍵。這些新的應(yīng)用程序需要一個 「永遠待命」的方案，并且結(jié)合高性能和低功耗，隨時準備在需要時擷取影像。

當然，「連接」也將是關(guān)鍵。隨著AI分析的繁重工作在云端進行，傳感器平臺可以更小、更省電。盡管如此，它們?nèi)孕枰獮榛爻烫峁└咚俸涂煽康倪B接；藍牙低功耗（Bluetooth LE）無線協(xié)議的超低功耗憑證，在此發(fā)揮了重要的作用。

將BLE技術(shù)添加到傳感器平臺上，為機器視覺傳感器平臺與云端服務(wù)的無線連接提供一種全面而簡單的方法。傳感器平臺透過IoT網(wǎng)關(guān)或智能型手機，可以將影像數(shù)據(jù)和其他傳感器信息傳輸?shù)皆贫似脚_，在云端平臺上使用AI進行分析。然后，可將動作發(fā)回給傳感器平臺或其他連接的智能執(zhí)行器。

擷取彩色影像


 
圖1 : 需要全彩影像的應(yīng)用

盡管機器視覺系統(tǒng)能使用簡單的黑白影像來識別基本物體，但彩色影像所傳達的信息更多。當AI被用于分析場景時，顏色變得更加相關(guān)。在機器視覺中加入顏色，將為自動識別帶來新的維度，用于前述提到的新興應(yīng)用。顏色提供了更大的對比和更好區(qū)分場景中的物體。AI系統(tǒng)現(xiàn)在能利用這些特征來提供更高的準確性。

在這種情況下，管理整體功率預(yù)算變得更重要，特別是對于電池供電的「永遠待命」的設(shè)備，這可能包括用一個鈕扣電池預(yù)計工作五年或更長時間的設(shè)備。在系統(tǒng)功率方面，影像傳感器、控制系統(tǒng)和通訊接口成為最關(guān)鍵的設(shè)計標準。


 
圖2 : 低功耗拍攝相機平臺結(jié)合AI，支持以事件觸發(fā)影像。

RSL10智慧拍攝相機平臺的開發(fā)是為了讓工程師能接入一個完整的低功耗影像擷取平臺，使用藍牙低功耗進行連接。該平臺最新版本增加對使用基于ARX3A0 CMOS圖像傳感器的相機模塊進行彩色影像擷取的支持。該模塊符合安森美（onsemi）影像接入系統(tǒng)（IAS）的設(shè)計格式，采用標準化的連接器和布局配置，使模塊可互換。

安森美利用其生產(chǎn)新一代RSL10智慧拍攝相機平臺。RSL10智慧拍攝彩色相機平臺現(xiàn)在支持ARX3A0的彩色版本。新平臺的尺寸也更小，而且在功率方面更佳。客戶在評估系統(tǒng)的性能以后，可使用包括軟件在內(nèi)的設(shè)計文件來自行開發(fā)智能機器視覺IoT傳感器。

電源管理對于確保電池使用壽命非常重要。RSL10 SIP/ARX3A0在該彩色相機平臺上有一個專用的FAN53880電源管理IC（PMIC），以及基于硬件的智能電源管理模式。當該彩色相機平臺連接到連續(xù)的圖影像擷取時，它只消耗136.3毫瓦。在等待觸發(fā)時，功率下降到88.77?W，而在斷電模式下，僅消耗30.36?W。

因此，如果一天拍攝一張圖片，該彩色相機平臺使用一顆2000毫安的電池可以運行11年以上。

由事件觸發(fā)的機器視覺
RSL10智慧拍攝相機被設(shè)計用來提供因事件觸發(fā)的影像擷取。這意味著并非不斷地傳輸影像數(shù)據(jù)，而是根據(jù)先前定義的事件來擷取影像：事件的觸發(fā)條件是透過整合在相機平臺上的高度先進傳感器進行監(jiān)測。

可以使用包括運動狀態(tài)、溫度、時間、濕度和加速度這些作為傳感器監(jiān)測的條件。開發(fā)人員可以使用這些傳感器的輸出來設(shè)立復(fù)雜的條件。如果達到這些條件，RSL10智慧拍攝相機平臺就會觸發(fā)影像擷取。然后，擷取的影像透過BLE傳輸?shù)街悄苄褪謾C或網(wǎng)關(guān)。

盡管轉(zhuǎn)向彩色影像擷取意味著透過藍牙傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量增加，但安森美已做到且?guī)缀鯚o需增加系統(tǒng)功耗，其中的關(guān)鍵是RSL10 SIP，一個超低功耗的系統(tǒng)級封裝（SiP）。這極小、低功耗SiP作為整個系統(tǒng)的樞紐，控制影像傳感器處理器，驅(qū)動環(huán)境傳感器，并管理BLE通訊。

界面到云端AI平臺

 
圖3 : 云端連接的行動應(yīng)用程序提供影像分析

除了RSL10智能拍攝彩色相機平臺，安森美還提供一個訂制的行動應(yīng)用程序，可從Android和iOS下載。只要使用連接的智能型手機和有效的AWS賬戶，就可以使用Amazon Rekognition，一旦AWS賬戶連接到RSL10 Smart Shot行動應(yīng)用程序，就可以上傳影像進行分析，待分析完成后，Amazon Recognition會回傳影像中所有被識別物體的列表，并標明百分比準確率。


 
圖4 : 基于云端的解決方案是由Microsoft Azure提供

此外，安森美與安富利（Avnet）合作，在IoTConnect Platform中整合RSL10智能拍攝相機平臺，這是個基于云端的解決方案，使用Microsoft Azure。IoTConnect設(shè)計為盡可能減少IoT設(shè)計過程的復(fù)雜性，提供將信息從拍攝相機平臺連接到云端的途徑，從而可以解釋、運算并進行學(xué)習（AI）?？蛻艨刹捎么朔椒ㄔ谧约盒枰獧C器視覺的價值驗證（POV）進行客制，如檢測物體、讀取模擬儀表或檢查庫存水平。這能夠更快地驗證物聯(lián)網(wǎng)項目，并讓客戶更快進入市場。

總結(jié)
視覺感測是一項令人興奮的技術(shù)，在工廠自動化和農(nóng)業(yè)等許多領(lǐng)域都應(yīng)用到該技術(shù)。雖然擁有一個永遠不會感到厭煩、疲倦或犯錯的「檢查員」的好處是顯著的，但只有當AI和機器學(xué)習被添加到組合中時，該技術(shù)才真正發(fā)揮其作用。

RSL10智慧拍攝相機平臺為OEM廠商提供一個設(shè)計平臺，它結(jié)合連接、彩色和黑白成像以及基于AI的處理。這些設(shè)備不僅可透過整合云端服務(wù)使用先進的AI和機器學(xué)習，而且改良的低功耗運行可支持其運行超過十年。

（本文作者Guy Nicholson為安森美工業(yè)和商用感知分部高級總監(jiān)）