現(xiàn)代機(jī)器視覺(jué)技術(shù)在安全領(lǐng)域的應(yīng)用

　　1 最初的技術(shù)

　　光敏材料可根據(jù)有光照與否來(lái)更改其阻抗或?qū)щ娦浴Ｔ缙诘暮诎滓曨l系統(tǒng)(如上世紀(jì)50年代RCA的光導(dǎo)攝像管攝像系統(tǒng))采用真空管，以通過(guò)光敏硒板進(jìn)行圖像傳感。

　　電子束將掃描硒板，產(chǎn)生與光量直接相關(guān)的電流，并在確切的時(shí)間射向硒板，進(jìn)而由光柵掃描的顯像管產(chǎn)生初步的電子視頻信號(hào)，便于進(jìn)行長(zhǎng)距離傳輸。CRT電視再以反序接收信號(hào)，通過(guò)電子束掃描熒光屏重現(xiàn)圖像的對(duì)應(yīng)光等級(jí)。

　　數(shù)十年來(lái)，視頻的用途一直僅限于單色傳感與實(shí)時(shí)顯示圖像。傳感器前的顏色過(guò)濾器會(huì)將模擬級(jí)別設(shè)置為組成色度，來(lái)創(chuàng)建顏色傳感器。電子束路徑中的熒光色用于生成彩色。colorburst晶體的出現(xiàn)解決了視頻信號(hào)中的色彩成分同步問(wèn)題。

　　這一穩(wěn)固的特性逐漸改進(jìn)了熒光管性能，包括較高的分辨率、較低的功耗、低生產(chǎn)成本以及較高的可靠性。隨后閉路電視(CCTV)和廣播業(yè)便出現(xiàn)了并迅速發(fā)展起來(lái)。

　　但也存在一些缺點(diǎn)，即這些技術(shù)采用易碎玻璃工藝，并且電路需采用較高的電壓。尺寸限制使得基于熒光管的圖像傳感器一般較大而且笨重。現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)的出現(xiàn)改變了這一情況。

　　2 固態(tài)傳感器

　　早在1970年初，電荷耦合器件(CCD)就已面世了，它結(jié)合了半導(dǎo)體制造工藝與一組規(guī)則排列的改良存儲(chǔ)器陣列。陣列中的每個(gè)光敏像素傳感器都會(huì)同步設(shè)置觸發(fā)器狀態(tài)。而這些傳感器采用與移位寄存器相似的菊花鏈架構(gòu)連接。為移位寄存器提供時(shí)鐘脈沖將生成同步視頻流。

　　從用于掃描儀和傳真機(jī)等應(yīng)用的最初一維傳感器陣列，到后來(lái)的二維彩色版CCD的出現(xiàn)，視頻影像傳感器的尺寸已明顯減小，也簡(jiǎn)化了電源要求。

　　3 擺脫觀察員的束縛

　　由于缺乏錄制技術(shù)，早期的CCTV系統(tǒng)需要專門的觀察人員從檢測(cè)到的事件中一次性獲取盡可能多的信息。之后，圖像便永久消失了。

　　這類CCTV系統(tǒng)是由人來(lái)識(shí)別模式、發(fā)現(xiàn)目標(biāo)，并決定是否需要發(fā)出警報(bào)。可以說(shuō)人就是報(bào)警回路中的控制處理器，擁有是否觸發(fā)警報(bào)器的一票決定權(quán)。

　　線性CCD傳感器借助于設(shè)定好的條形碼讀取和識(shí)別模式功能改變了這種狀況?，F(xiàn)代的手機(jī)、攝像機(jī)以及機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中所采用的二維傳感器提高了分辨率和光譜敏感度，同時(shí)減小了尺寸和功耗，并且不需要使用外部鏡頭。

　　機(jī)器視覺(jué)加入了人工智能元素，成就了新一代強(qiáng)大的監(jiān)控系統(tǒng)，現(xiàn)在只需較少的人員、較低的成本和更高級(jí)別的目標(biāo)設(shè)定檢測(cè)(和跟蹤)。這些要求增大了工程師的設(shè)計(jì)難度，要求他們能集成較高的功能級(jí)和前所未有的處理能力。

　　4 設(shè)計(jì)時(shí)面臨的問(wèn)題與困擾

　　沒(méi)有現(xiàn)代存儲(chǔ)器的速度與密度以及現(xiàn)代嵌入式處理器的強(qiáng)大功能，下一代智能監(jiān)控系統(tǒng)將無(wú)法實(shí)現(xiàn)成本與尺寸的提升。負(fù)荷量是其中一個(gè)主要原因，因?yàn)閳D像分辨率的每次提升都會(huì)影響到其他的系統(tǒng)設(shè)計(jì)。

　　早期的8位4 MHz傳統(tǒng)處理器能夠幫助設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)數(shù)字控制回路，且其數(shù)字技術(shù)能夠用于信號(hào)處理與實(shí)時(shí)控制，但速度上卻無(wú)法滿足智能安全領(lǐng)域的需求。究其原因最終歸結(jié)于存儲(chǔ)器需求的爆發(fā)性增長(zhǎng)。

　　例如，一個(gè)簡(jiǎn)單的傳統(tǒng)混合視頻攝像機(jī)共有525個(gè)掃描行，每行的采樣速率都可以不一樣。其中的21行用于垂直消隱?，F(xiàn)代的CCD影像傳感器最低數(shù)字分辨率為¼ VGA (320 x 240)。

　　¼ VGA分辨率需要76,800個(gè)字節(jié)來(lái)呈現(xiàn)一個(gè)幀(8位分辨率時(shí))。8位RGB(紅、綠、藍(lán)各占一個(gè)字節(jié))最多支持230,400個(gè)字節(jié)。在這兩種情況下，均超出了傳統(tǒng)處理器的處理范圍。