基于視覺的系統(tǒng)在很多行業(yè)和應用領域中已變得非常普遍。實際上，我們中的很多人每天就攜著一個嵌入式視覺系統(tǒng)，比如在我們的智能手機中。這些智能設備不僅能夠捕獲圖像和錄制視頻，而且還能執(zhí)行增強現(xiàn)實的應用，這些都展示了嵌入式視覺技術是如何被普遍地廣為接受。

處理能力、存儲器密度和系統(tǒng)集成度的提升，促進了嵌入式視覺在傳統(tǒng)和新興應用領域（ 圖 1所示實例）的增長。這也使得嵌入式視覺在消費類、產業(yè)和政府領域被廣泛接受，因而將在十年內實現(xiàn)顯著增長。表 1 列出了一些嵌入式視覺的高增長領域，其中有一些顯而易見，有些則不是很明顯。

圖 1 常見的嵌入式視覺應用。

表 1 預期的嵌入式視覺高增長領域

什么是嵌入式視覺？

嵌入式視覺系統(tǒng)包含從所選成像傳感器接收光到系統(tǒng)輸出的整個信號鏈。系統(tǒng)輸出是指從圖像中提取的經(jīng)過處理或未經(jīng)處理的圖像或信息，并提供給下游系統(tǒng)。當然，嵌入式系統(tǒng)架構師負責根據(jù)系統(tǒng)要求確保端到端性能。

為此，嵌入式視覺系統(tǒng)架構師需要熟悉與傳感器和后處理系統(tǒng)有關的各種概念和技術。本文作為高級入門手冊，旨在讓讀者對這些技術和概念有一個基本了解。

首先需要熟悉電磁波譜以及希望系統(tǒng)運行的光譜域。人眼只能看到 390nm（藍光）至 700nm（紅光）波長之間的光譜，也就是通常所指的可見光譜；成像設備憑借所采用的技術，則能捕獲到更寬泛波長的圖像，包括 X 光、紫外線、紅外線以及可見光譜。

在近紅外光譜及以下范圍，我們可以使用電荷耦合器件（CCD）或 CMOS［2］（互補金屬氧化物半導體）圖像傳感器 （CIS）；到了紅外光譜范圍，需要使用專用的紅外檢測器。紅外光譜范圍之所以需要專用傳感器，部分原因在于芯片成像器（如 CCD 或 CIS）需要的激發(fā)能。這些器件通常需要 1eV 的光子能量來激發(fā)一個電子，然而在紅外范圍，光子能量介于 1.7eV-1.24meV 之間，因此紅外成像器應基于 HgCdTe 或 InSb。這些器件需要更低的激發(fā)能量，經(jīng)常與 CMOS 讀出 IC（即 ROIC）配合使用，以控制和讀出傳感器。

最常見的兩種檢測器技術分別是 CCD 和 CIS

·電荷耦合器件被視為模擬器件，因此要集成到數(shù)字系統(tǒng)中就需要使用片外 ADC 以及所需模擬電壓電平下的時鐘生成功能。每個像素存儲由光子產生的電荷。大多數(shù)情況下將像素排列成 2D 陣列，組成多個行，每行包含多個像素。讀出 CCD 時通過行傳輸將每行并行傳遞到讀出寄存器，再通過讀出寄存器將每行串行讀出。這個寄存器讀出過程中，電荷轉換為電壓。

·CMOS 成像傳感器能實現(xiàn)更緊密集成，使 ADC、偏置和驅動電路都集成在同一晶片上。這大大降低了系統(tǒng)集成要求，同時也提高了 CIS 設計的復雜性。CIS 的核心是有源像素傳感器 （APS），其中每個像素同時包含光電二極管和讀出放大器，因此，與 CCD 不同，CIS 能夠讀出陣列中的任意像素地址。

盡管大多數(shù)嵌入式視覺都采用 CIS 器件，但是 CCD 仍用于非常注重性能的高端科研應用領域。本文的要點內容適用于這兩種成像技術。