ג’יילס פקהאם, Xilinx
ערכות ראייה חכמות הן פיתוח חדש יחסית, המספקות קישור בין התחום הבלתי מתפשר ולעיתים “קר” של הטכנולוגיה המודרנית לבין העולם הדינמי המשתנה והבלתי צפוי בו אנו חיים.
הגישור על הפער הזה נראה חשוב מתמיד בעידן שבו אנו מסתמכים כה רבות על הטכנולוגיה. החדרת הגישה המגשרת הזו ואימוצה הנרחב יאפשרו למערכות מכל הסוגים להיות מצוידות טוב יותר כדי “להבין” את העולם האמיתי ומכאן אף להתאים עצמן אליו. היכולת “ללכוד” ולפרש אובייקטים יומיומיים “בתוך הקשר” מסירה מכשולים רבים בהם אנו נתקלים בבואנו לרתום את הטכנולוגיה לעזרת החיים המודרניים, אך האתגרים המוטמעים בצורך לאפשר למערכות משובצות לזהות במדויק אובייקטים באמצעות לכידת תמונה אינם פשוטים כלל ועיקר.
עם זאת, חיישני התמונה התפתחו ללא הכר בשנים האחרונות והודות לשילובם עם תת-מערכות עיבוד עצמתיות המריצות אלגוריתמים מתקדמים, לא יהיה מוגזם לטעון שמערכות הראייה אכן נהיות חכמות יותר ויותר.
תרחישי שימוש מתפתחים ומתהווים
תרחישי השימוש עבור ראייה חכמה הולכים ומתרחבים ומניעים חדשנות בקרב יצרניות ה-OEM הלהוטות להציע את הפתרון הנכון לכל תרחיש. נראה, כי תרחיש השימוש בעל הפרופיל האטרקטיבי ביותר הוא זה של מעקב אבטחה. עידן המעקב האנושי (הכרוך תמיד בסיכון של שגיאה הנגרמת בשל עייפות בן האנוש הצופה) כנראה מתקרב אל קצו שכן המערכות המשובצות מסוגלות כיום “ללמוד” כיצד לזהות אובייקטים חשודים לפי תבניות מסוימות גם בתוך המון אדם, עד לרמה של זיהוי פרט ספציפי ומעקב אחריו בכמה וכמה אתרים ומיקומים.
יישומים נוספים שיוצאים נשכרים מההתפתחויות בטכנולוגיה כוללים אוטומציה תעשייתית, או מה שמכונה “Industry 4.0”. החידושים מאפשרים אוטומציה חכמה יותר הודות לתמיכה משופרת במפעיל המובילה גם לשיפור הפרודוקטיביות. בדיקה אוטומטית של מוצרים היא אחת הדוגמאות לשימוש שבו מערכות הראייה מקבלות היום החלטות שהיו בעבר נחלתו הבלעדית של האדם המפעיל.
בין היישומים המתפתחים ניתן למנות את ה-ADAS (מערכות מתקדמות לעזרת נהגים) המשתמשות במספר מצלמות כדי לספק לנהגים “ראייה היקפית” כמו גם התראות מפני סטייה ממסלול הנסיעה וסכנת התנגשות. שכיח שחידושים מסוג זה בשוק הרכב מתחילים את חייהם בדגמי הרכב היוקרתיים והמתקדמים ביותר אך מהגרים במהירות גם למכוניות ה”עממיות” יותר כאשר עלות אימוץ הטכנולוגיה החדשה צונחת בעקבות פריסה בהיקפים גדולים יותר.
תמיכת התעשייה
לחיבוריות האינטרנט נודעה השפעה משמעותית על האופן שבו התפתחו המצלמות לאורך השנים – ובמיוחד, מצלמות האבטחה במעגל סגור. היום ניתן לראות ולשלוט במצלמה מרחוק באמצעות חיבור אינטרנט (מאובטח), מה שמאפשר לצופה לבצע צידוד והגבהה (pan and tilt) של המצלמה או “זום אין/זום אאוט” (הרחבה והקטנה בזווית הצילום) של הסצנה. עם זאת, ה”בינה” בתרחיש זה עדיין ממוקמת בעיקר בראשו של המפעיל. העברת הפרדיגמה ממערכות ראייה אנלוגיות יקרות לפתרונות דיגיטליים זולים יותר תאפשר פריסה של יותר סוגים של מצלמות ביותר תחומי יישום, שכולם יסתמכו בעיקר על התהליכים והאלגוריתמים שמפתחות יצרניות ה-OEM ויסתייעו על-ידי יוזמות תעשייה כדוגמת ספריית OpenCV וארגון ה-Embedded Vision Alliance.
בלב לבה של מהפיכת הראייה החכמה עומדת היכולת לשלב בדרך כדאית כלכלית כמויות עצומות של עיבוד אותות דיגיטלי (DSP), עיבוד לכל מטרה (General Purpose) תמיכת IP של תוכנה וחומרה בתוך פלטפורמת סיליקון אחת גמישה.
התפתחות מהירה
כפי שהזכרנו קודם, מערכות ראייה חכמות ילבשו מגוון צורות ובעוד שאבני היסוד יישארו כשהיו – DSPs, מעבדים משובצים ו-IP תומך – יתעורר הצורך “לכוונן” כל פתרון ולהתאימו לתחום היישום הספציפי שאליו הוא מיועד.
פיתוח פתרונות ייחודיים מהתקנים בדידים היא כמובן דרך אפשרית אחת, אך כדי לתמוך בפריסה בהיקפים גבוהים, פתרון חד-שבבי או מערכת על-גבי שבב (SoC) יהיו הדרך הכדאית מבחינה כלכלית להגיע אל השוק, כפי שניתן ללמוד ממגוון מגזרים – בעיקר ממגזר מוצרי הצריכה – כבר היום.
עם זאת, פיתוח של SoC הוא עדיין תהליך יקר ומורכב שלא אחת מתגלה כאפשרי לביצוע רק אם היעד הוא יישום יחיד שההיקף שלו רחב במיוחד (כמו לדוגמה התקן צריכה נייד). יצירת SoC רב-גונית מספיק שיכולה לעמוד בצרכים של מגוון מערכות ראייה חכמות עלולה להיות קשה יותר ולהצריך כמות מסוימת של יתירות בתכנון. עם זאת, השימוש בפלטפורמה ניתנת לתכנות עוזר להתגבר על הבעיה.
ה-Zynq®-7000 All Programmable SoCמשלב את תת-מערכת העיבוד כפולת הליבה ARM® Cortex™-A9 ביחד עם מארג FPGA עתיר הביצועים של זיילינקס, מה שמאפשר לו להתאים עצמו במהירות לצרכים של מגוון מערכות ראייה חכמות. לדוגמה, איור 1 מציג השוואה בין ה-Zynq SoC לבין ארכיטקטורה מרובת שבבים ביישום ADAS, עם שימוש בכמה מצלמות כדי לספק תכונות כמו איתור “נקודות עיוורות”, התראה על סטייה ממסלול, איתור הולכי רגל ושדה ראייה של 360 מעלות של הרכב בעת חניה.
איור 2 מציג זרימת אותות גנרית עבור מערכת ראייה חכמה ומשווה את התקן ה-Zynq עם SoC המשלב ליבות DSP ו-GPU (יחידת עיבוד גרפי). ניתן לראות באיור כיצד תת-מערכת העיבוד ולוגיקת ה-FPGA יכולות לעבוד יחדיו כדי לספק פלטפורמה רב-גונית וגמישה יותר. יכולת ההרחבה של ה-Zynq SoC המשתמש בלוגיקת FPGA מספקת גם הגנה כנגד היתקלות ב”תקרת ביצועים” במקרה שנדרשת תוספת של עוצמת עיבוד.
מסקנות
הצלחתן של מערכות ראייה חכמות תסתמך רבות על כך שמפתחי המערכות המשובצות יציעו את הטכנולוגיות הנכונות שיענו על דרישות הביצועים והגמישות, דבר שהתעשייה מעריכה מאוד ועמלה להשיג.
כדי לתמוך בכך, חוברת זיילינקס לחלוצות בתחום תכנון המערכות, ביניהן MathWorks ו-National Instruments, במטרה להאיץ את התכנון ברמת המערכת. בדומה, יכולים המהנדסים לפשט את המורכבות של תכנון RTL קיים בעזרת סביבת התכנות הגרפי של National Instruments, ה-LabVIEW, בשילוב עם פלטפורמת חומרה I/O הניתנת להגדרה מחדש (RIO) של החברה, המשתמשת ב-All-Programmable SoCs של זיילינקס. השימוש בפלטפורמה ניתנת לתכנות כדוגמת ה-Zynq-7000 All Programmable SoC, הנתמכת על-ידי כלים חדשניים, חבילות תכנון ייעודיות ופתרונות קוד פתוח כדוגמת ספריית ה-OpenCV – שנתמכים כולם על-ידי המאמצים של ארגון ה-Embedded Visions Alliance – יעזור להבטיח שהמפתחים אכן נהנים מגישה למשאבים הטובים ביותר שקיימים כדי להשיג את יעדי התכנון שלהם.
