機器視覺（Machine Vision）是實現(xiàn)非接觸式檢測和高度柔性生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)，其主要功能可歸納為識別、測量、檢測以及定位與引導(dǎo)等四類。嵌入式視覺（Embedded Vision）是機器視覺技術(shù)微型化、低功耗化后的產(chǎn)物，也是機器視覺未來的重要發(fā)展方向之一。

從本質(zhì)上講，嵌入式視覺系統(tǒng)將圖像捕獲和圖像處理功能結(jié)合在一個設(shè)備中。而傳統(tǒng)的機器視覺系統(tǒng)通常需要一個大型相機和鏡頭來捕獲圖像，以及一個標準化的接口和線纜，用于將原始圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)姜毩⒌墓I(yè)計算機。

工業(yè)領(lǐng)域正在使用的自帶處理器的智能相機，實際上就是一種高性能的“嵌入式視覺”設(shè)備被用于傳統(tǒng)的“機器視覺”任務(wù)。在物聯(lián)網(wǎng)時代，嵌入式視覺實現(xiàn)了所謂的“物的視覺（VoT）”，為工業(yè)制造賦予了更智能的自動化、更高的安全性和跨行業(yè)的新能力。

01嵌入式視覺的演進

嵌入式視覺技術(shù)自誕生以來已取得了長足的進步。起初，嵌入式視覺系統(tǒng)受限于早期嵌入式處理器的計算能力，這些系統(tǒng)只能執(zhí)行基本的圖像處理任務(wù)。然而，在復(fù)雜分析和實時處理方面，它們卻顯得力不從心。

轉(zhuǎn)折點出現(xiàn)在更強大、更節(jié)能的處理器的開發(fā)上。這一飛躍使得系統(tǒng)可以直接在設(shè)備上實現(xiàn)先進的圖像處理技術(shù)，反過來又消除了對外部計算資源的需求和對云的依賴；傳感器技術(shù)的進步對嵌入式視覺技術(shù)的演進同樣發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。

高分辨率和多光譜傳感器提供了更詳細和多樣化的數(shù)據(jù)，使得嵌入式視覺系統(tǒng)能夠執(zhí)行以前無法完成的任務(wù)。例如，在農(nóng)業(yè)自動化領(lǐng)域，嵌入式視覺系統(tǒng)可以通過分析包括近紅外區(qū)域在內(nèi)的不同光譜波段的圖像來評估作物的健康狀況。

機器學(xué)習(xí)與人工智能（AI）的融合進一步推動了嵌入式視覺的發(fā)展。這些技術(shù)使系統(tǒng)能夠從數(shù)據(jù)中學(xué)習(xí)，從而隨著時間的推移提高其準確性和適應(yīng)性。從質(zhì)量控制到自主導(dǎo)航的各種工業(yè)應(yīng)用中，能夠進行實時決策的嵌入式視覺系統(tǒng)正在成為這些領(lǐng)域不可或缺的技術(shù)。

在工業(yè)領(lǐng)域，嵌入式視覺技術(shù)的創(chuàng)新正在催生新的應(yīng)用，并優(yōu)化現(xiàn)有的流程。反過來，人工智能、傳感器等新技術(shù)的發(fā)展也在深刻地影響著嵌入式視覺的創(chuàng)新。其發(fā)展趨勢主要體現(xiàn)在三個方面。

人工智能與嵌入式攝像頭的集成

人工智能在很大程度上正在革新嵌入式視覺系統(tǒng)。借助人工智能，嵌入式視覺系統(tǒng)能夠執(zhí)行復(fù)雜的任務(wù)，如智能產(chǎn)品分類、質(zhì)量控制和預(yù)測性維護。

RGB-IR相機的崛起

RGB-IR攝像頭在工業(yè)環(huán)境中越來越受歡迎，特別是在倉庫和工廠的監(jiān)控中。這些攝像頭能同時捕捉可見光（RGB）和紅外（IR）光，所有功能都集成在一個攝像頭模塊中，無需額外的紅外截止濾光片。

相機的微型化與大型化

在嵌入式視覺領(lǐng)域，同時存在著小型化趨勢和采用更大傳感器攝像頭的需求。相機技術(shù)的進步正推動著更小、功能更強大的相機的發(fā)展，這些相機可以集成到緊湊且狹小的空間中。

例如，迷你無人機、工業(yè)平板電腦等。同時，許多工業(yè)應(yīng)用諸如智能監(jiān)控、機械臂和質(zhì)量檢測等需要更大的傳感器攝像頭，以獲得更高的靈敏度和更廣的覆蓋范圍。通常，傳感器尺寸大于1/2.2英寸的攝像頭被視為“大”攝像頭。這種雙重趨勢要求嵌入式視覺系統(tǒng)必須在緊湊設(shè)計與增強成像能力之間取得平衡。

根據(jù)Growth Market Report的最新研究報告，2024年全球嵌入式視覺市場規(guī)模達到132億美元，在人工智能、機器學(xué)習(xí)和邊緣計算技術(shù)的推動下呈現(xiàn)出強勁增長態(tài)勢。預(yù)計從2025年到2033年，該市場將保持13.8%的顯著復(fù)合年增長率（CAGR），到2033年市場規(guī)模預(yù)計將達到406億美元。

推動嵌入式視覺市場發(fā)展的主要增長因素之一是人工智能和深度學(xué)習(xí)算法的快速演進和部署。人工智能與嵌入式視覺系統(tǒng)的融合實現(xiàn)了邊緣的實時數(shù)據(jù)處理和分析，顯著降低了延遲并增強了決策能力。

在汽車行業(yè)，高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）和自動駕駛汽車嚴重依賴嵌入式視覺進行物體檢測、車道偏離警告和行人識別。在工業(yè)自動化和機器人技術(shù)中的日益普及是嵌入式視覺市場增長的另一個重要驅(qū)動力。制造業(yè)正在利用嵌入式視覺系統(tǒng)進行質(zhì)量控制、缺陷檢測和流程優(yōu)化，從而提高生產(chǎn)率并降低運營成本。

工業(yè)4.0的興起以及向智能工廠的轉(zhuǎn)變，加速了視覺機器人和自動化檢測系統(tǒng)的部署。這些系統(tǒng)有助于精確監(jiān)控和控制生產(chǎn)線，確保制造流程具有更高的準確性和一致性。此外，嵌入式視覺解決方案在物流和倉儲領(lǐng)域的應(yīng)用日益廣泛，自動化分揀、庫存管理和包裹追蹤等應(yīng)用進一步擴大了其在工業(yè)領(lǐng)域的使用范圍。

02智能相機驅(qū)動嵌入式視覺發(fā)展的關(guān)鍵硬件

智能相機是具備板載處理能力的獨立視覺系統(tǒng)，完成了從“看清”到“看懂”這一過程的轉(zhuǎn)變。它們將圖像傳感器、處理器和軟件整合到一個緊湊的單元中，能夠就地捕捉圖像并立即進行分析，例如檢測缺陷或讀取代碼。在生產(chǎn)線、物流甚至消費設(shè)備中，視覺系統(tǒng)的部署將變得更加簡單、可靠。

根據(jù)行業(yè)報告，工業(yè)自動化對智能相機的需求正在飆升，隨著性能的提高，它們在生產(chǎn)線上的作用將會繼續(xù)增強。Strategic Revenue Insights預(yù)計，到2033年，全球嵌入式視覺攝像頭市場的估值將達到153億美元，從2025年至2033年的復(fù)合年增長率（CAGR）為9.8%。這些相機中的高性能圖像傳感器（全局快門、高分辨率）和照明設(shè)備能確?？焖僖苿硬考畔⒌臏蚀_性。

DFRobot DFR0833 OpenMV Cam H7 Plus是一款小型低功耗智能相機模塊，采用高級Python腳本編程，這使得處理機器視覺算法的復(fù)雜輸出以及使用高級數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)變得更加容易。該模塊內(nèi)置了基于ARM Cortex-M7的STM32H743II處理器，標配OV7725 或MT9V034全局快門圖像傳感器，且支持更換鏡頭。STM32H743集成了工作頻率高達480MHz、具有雙精度浮點單元的Arm Cortex-M7內(nèi)核，從Flash執(zhí)行程序時，能夠提供2424 CoreMark /1027 DMIPS的性能，利用其L1緩存實現(xiàn)了0等待執(zhí)行。

onsemi的MT9V034是一款1/3英寸寬VGA的CMOS有源像素數(shù)字圖像傳感器，具備全局快門和高動態(tài)范圍（HDR）功能，非常適合各種真實環(huán)境中的成像應(yīng)用。在保持CMOS固有的尺寸、成本和集成優(yōu)勢的同時，MT9V034實現(xiàn)了媲美CCD的圖像質(zhì)量。

強大的組合使得DFRobot DFR0833 OpenMV Cam H7 Plus能夠用于線條檢測、圓形檢測、矩形檢測、模板匹配、圖像捕捉、視頻錄制、顏色跟蹤、標記跟蹤、人臉檢測、眼動追蹤和人物檢測等。對于需要將視覺功能集成到一個電池供電、體積極小、成本敏感設(shè)備中的這一類需求，OpenMV是非常好的選擇，工業(yè)自動化過程中簡單邏輯的流水線次品分揀以及二維碼/條碼掃描都可以直接使用它。

圖：DFRobot DFR0833 OpenMV Cam H7 Plus智能相機模塊（圖源：Mouser）

03邊緣AI芯片

AI重構(gòu)嵌入式視覺的核心

正如上文所述，AI與嵌入式視覺系統(tǒng)的融合是嵌入式視覺市場快速發(fā)展的重要推手。邊緣AI對該領(lǐng)域的最大改變在于將工業(yè)自動化中比較刻板的“規(guī)則檢測”轉(zhuǎn)向“語義理解”。此時，視覺語言模型（VLM）將下沉到邊緣，系統(tǒng)不再只是識別“是否有劃痕”，而是可以理解自然語言指令。例如，質(zhì)檢員通過語音說“幫我留意表面色澤不均且邊角有毛刺的產(chǎn)品”，嵌入式視覺系統(tǒng)即可實時調(diào)整推理邏輯。

此外，攝像頭不再輸出視頻流，而是直接輸出結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，如物體坐標、缺陷類型、零件計數(shù)等，這些改變極大地減輕了工廠網(wǎng)絡(luò)的帶寬壓力。在移動協(xié)作機器人 (Cobots)中，嵌入式視覺可安裝在機械手末端，實現(xiàn)實時避障和亞毫米級的精密抓取。在預(yù)測性維護中，微型視覺模組可嵌入到軸承內(nèi)部，通過監(jiān)測微細磨損顆粒的形狀變化，在故障發(fā)生前即可發(fā)出預(yù)警。

隨著基于深度學(xué)習(xí)的AI 和具有AI 功能的嵌入式處理器即邊緣 AI 處理器的進步，我們可以在更低的功耗下以更高的準確性對龐大而復(fù)雜的視覺數(shù)據(jù)進行分析，現(xiàn)在的嵌入式相機可以“開箱即用”地運行深度學(xué)習(xí)模型，這也是嵌入式視覺能夠大規(guī)模落地的重要原因。因此，在嵌入式視覺應(yīng)用中，選擇芯片不再只看主頻，而是更關(guān)注AI算力（TOPS）、能效比、ISP（圖像信號處理）能力以及工業(yè)級可靠性。

NVIDIA Jetson Orin作為高端模塊為邊緣的高級機器人技術(shù)和視覺技術(shù)提供超過100 TOPS的計算能力，是“算力派”的杰出代表。Texas Instruments的AM6xA系列則是典型的“工業(yè)派”。該公司的芯片設(shè)計邏輯是“夠用且極度穩(wěn)定”，并且根據(jù)實際需求有多個細分產(chǎn)品。AM62A (2 TOPS)的定位是入門級AI視覺，支持1-2個攝像頭，優(yōu)勢是功耗極低，約2-3W，工作中無需風(fēng)扇，可用于智能掃碼槍、簡單的零件計數(shù)、工業(yè)讀碼器等對算力需求不高，但對功耗和價格敏感的應(yīng)用。

AM68A (8 TOPS)的定位是中端AI視覺，支持多達8路攝像頭輸入，優(yōu)勢是擁有強大的硬核ISP，內(nèi)置鏡頭畸變校正（LDC）和多尺度縮放（MSC），能顯著降低CPU負擔，可用于協(xié)作機器人末端視覺、常規(guī)缺陷檢測等。

AM69A (32 TOPS)是AM6xA系列中的一款高端邊緣AI 器件，支持12路攝像頭，并提供多種方法來通過異構(gòu)處理內(nèi)核和集成硬件加速器優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)邊緣性能，在算力與能效方面找到了完美的平衡點，工業(yè)接口豐富，有PCIe Gen3和多路千兆網(wǎng)口，非常適用于多相機同步檢測線、復(fù)雜的移動機器人（AMR）中的嵌入式視覺應(yīng)用需求。

圖：AM69A上的機器視覺數(shù)據(jù)流方框圖（圖源：TI）

04本文小結(jié)

嵌入式視覺是指將圖像采集（攝像頭）與圖像處理（算力）集成在同一個小型化設(shè)備或系統(tǒng)中的技術(shù)。如今的嵌入式視覺已不再僅僅是機器視覺的一個分支，它已經(jīng)演變成“物理AI（Physical AI）”的神經(jīng)末梢。

從工廠車間上的智能相機到自動駕駛汽車中的AI芯片，嵌入式視覺技術(shù)正在以深刻的方式改變著多個行業(yè)的運行規(guī)則，它們?yōu)闄C器帶來了視覺和視覺理解的能力。嵌入式視覺技術(shù)正通過自動化一系列廣泛的任務(wù)，從檢測、導(dǎo)航到物料搬運等，為工業(yè)領(lǐng)域帶來了革命性的變化。

由嵌入式視覺驅(qū)動的自動化檢測攝像系統(tǒng)能夠快速識別生產(chǎn)線上的產(chǎn)品缺陷，確保無需人工干預(yù)即可達到更高的質(zhì)量標準。同樣，配備視覺系統(tǒng)的自動導(dǎo)引車（AGV）能夠高效地在復(fù)雜的倉庫環(huán)境中導(dǎo)航，優(yōu)化了物流成本。