NI 的視覺(jué)開(kāi)發(fā)模塊和視覺(jué)助手讓機(jī)器視覺(jué)從構(gòu)思到原型再到應(yīng)用部署一路通暢。

視覺(jué)系統(tǒng)正在成為主流。技術(shù)的成本／效益分析及合理應(yīng)用已發(fā)展到這樣的階段： 工程師正在將視覺(jué)功能運(yùn)用到各種應(yīng)用中，從無(wú)人駕駛汽車(chē)到消費(fèi)類(lèi)電子產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)系統(tǒng)無(wú)所不包。這種大規(guī)模采用正在推動(dòng)視覺(jué)走出實(shí)驗(yàn)室，走進(jìn)嵌入式系統(tǒng)和工廠(chǎng)車(chē)間。所部署的系統(tǒng)往往需要與控制環(huán)路中的 I/O、廣泛分布的大量攝像頭或視覺(jué)功能實(shí)現(xiàn)高級(jí)同步。隨著工藝和應(yīng)用的日趨復(fù)雜化，視覺(jué)系統(tǒng)正在要求更快、更高級(jí)的處理以及更嚴(yán)格的時(shí)序與同步。

為滿(mǎn)足這些要求，視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員正日漸依賴(lài)由實(shí)時(shí)處理器、FPGA、GPU 或 DSP 處理單元構(gòu)成的異構(gòu)處理平臺(tái)處理專(zhuān)門(mén)的任務(wù)，滿(mǎn)足 I/O要求和處理性能需求。智能相機(jī)、圖像采集卡和視覺(jué)系統(tǒng)都使用異構(gòu)架構(gòu)來(lái)滿(mǎn)足應(yīng)用要求。

FPGA 具備的并行處理功能，例如賽靈思 All Programmable FPGA 系列提供的并行處理功能，自然適用于實(shí)現(xiàn)大量圖像處理算法的。FPGA 可用于同時(shí)執(zhí)行高數(shù)據(jù)強(qiáng)度處理和高速傳感器測(cè)量。此外，這類(lèi)器件時(shí)延極低，這對(duì)視覺(jué)應(yīng)用來(lái)說(shuō)極為重要，因?yàn)闀r(shí)延會(huì)增大根據(jù)圖像數(shù)據(jù)做出決策所需的時(shí)間。FPGA 有助于避免抖動(dòng)，因此可作為高確定性的處理單元。

但是構(gòu)建包含一個(gè) FPGA 的異構(gòu)系統(tǒng)會(huì)給系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員帶來(lái)嚴(yán)重的編程難題。在上市時(shí)間的重壓下，視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員要能夠迅速構(gòu)建具有復(fù)雜特性的解決方案原型。在異構(gòu)系統(tǒng)上編程需要這樣一種工具： 在目標(biāo)硬件上編譯和運(yùn)行算法之前，其不僅可幫助領(lǐng)域?qū)＜以诙鄠€(gè)平臺(tái)上設(shè)計(jì) IP 功能，而且還可幫助他們測(cè)試視覺(jué)算法。該工具應(yīng)該支持： 在整個(gè)原型設(shè)計(jì)過(guò)程中能夠輕松訪(fǎng)問(wèn)吞吐量及資源使用信息。

NI 把這稱(chēng)之為算法工程。采用該工藝技術(shù)，領(lǐng)域?qū)＜?，可集中精力解決手里的難題，不必關(guān)注底層硬件技術(shù)。NI 具有視覺(jué)助手的視覺(jué)開(kāi)發(fā)模塊 (VDM) 能夠?yàn)槟峁┲С忠曈X(jué)助手的視覺(jué)開(kāi)發(fā)功能。

配備視覺(jué)助手的 VDM 有助于快速完成原型設(shè)計(jì)、代碼生成、FPGA 資源估算、自動(dòng)代碼并行化以及并行數(shù)據(jù)流同步化（針對(duì)時(shí)延均衡等任務(wù)）。VDM 包含超過(guò) 50 種 FPGA 圖像處理功能以及在處理器與 FPGA 之間高效傳輸圖像的功能。您可使用 VDM 中的視覺(jué)助手迅速設(shè)計(jì) FPGA 視覺(jué)應(yīng)用原型，開(kāi)發(fā) FPGA 視覺(jué)應(yīng)用。

基于配置的原型設(shè)計(jì)
視覺(jué)助手是一種基于配置的原型設(shè)計(jì)工具，可幫助您迭代圖像處理算法，查看參數(shù)調(diào)整如何影響圖像。有了視覺(jué)助手，您可以在圖像流水線(xiàn)中的每一個(gè)視覺(jué)模塊后顯示輸出（處理后的圖像）（圖 1）。您可使用該工具測(cè)試不同圖像集上的不同算法和參數(shù)，無(wú)需編譯 IP，因此可顯著減少設(shè)計(jì)視覺(jué)算法所需的時(shí)間。

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圖 1 — 能夠估算器件利用率的視覺(jué)助手

您可使用視覺(jué)助手測(cè)試原型設(shè)計(jì)環(huán)境中算法的結(jié)果和所部署代碼的結(jié)果，以確保實(shí)現(xiàn)方案可獲得相同的結(jié)果。

NI 已經(jīng)定制了用于滿(mǎn)足 FPGA 編程人員要求的工具。在 FPGA 上構(gòu)建任何算法時(shí)，主要考慮因素是 FPGA 架構(gòu)上的資源消耗、流水線(xiàn)的時(shí)延以及在特定架構(gòu)上該算法可實(shí)現(xiàn)的最高頻率。視覺(jué)助手通過(guò)為圖像流水線(xiàn)中的每個(gè)模塊提供所消耗資源的估算，起到幫助作用。您可使用該工具測(cè)試原型設(shè)計(jì)環(huán)境中算法的結(jié)果和所部署代碼的結(jié)果，以確保實(shí)施方案能夠獲得相同的結(jié)果。

一個(gè)考慮因素是把多大的內(nèi)核用于圖像濾波運(yùn)算。內(nèi)核大小的選擇會(huì)影響流水線(xiàn)中資源的使用和時(shí)延情況，較大的內(nèi)核一般比較小的內(nèi)核需要的資源更多。

要為應(yīng)用選擇最合適的內(nèi)核大小，您可使用視覺(jué)助手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，直到您在最小資源耗用和最大性能方面取得最理想的結(jié)果。如圖 1 所示視覺(jué) IP 功能實(shí)時(shí)估算是原型設(shè)計(jì)過(guò)程中的一個(gè)必備功能。

視覺(jué)開(kāi)發(fā)模塊的視覺(jué) FPGA IP可讓開(kāi)發(fā)人員使用大規(guī)模并行處理和 Vivado 高層次綜合工具在 FPGA 上實(shí)現(xiàn)全面流水線(xiàn)的低時(shí)延架構(gòu)優(yōu)化型視覺(jué)功能。