על מנת להבין את מושג ה”אמבדד ויז’ן” , חשוב להביט חזרה להיסטוריה של מערכות הצילום, עיבוד התמונה ומטרתו.
המושג “Computer vision” החל את דרכו כניסוי בבינה מלאכותית כאשר המטרה הייתה לבנות מחדש את המערכת הוויזואלית האנושית, בראש ובראשונה, כדי להשתמש בתפיסה הוויזואלית לשם ניתוח נתונים.
בשונה מעיבוד תמונה המוגדר כתהליך שמשנה תמונות חזותיות כך שיאפשרו תפיסה אנושית אופטימלית.
מוצרי “ויז’ן” מהווים המשך טבעי ל”Computer vision” השואפים להשתמש בתמונות חזותיות כדי לקבל החלטות תוך כדי תהליך אוטומטי.
מוצרי “ויז’ן” נשאו את טכנולוגיית ה”ויז’ן” מהמעבדה לקומת המסחר, כמו גם עבור אפליקציות רבות אחרות המשפרות או עוקבות אחר תהליכים.
מאחר ומערכות צילום תעשייתי (machine vision) דרשו סוג מיוחד של עיבוד תמונה, מצלמות רגילות כמו DSLR לא היו אופטימליות. פער טכנולוגי זה הוביל לפיתוח מצלמות תעשייתיות, אשר נועדו להעביר תמונות בקצב מהיר יותר, להיות עמידות יותר, בעלות אורך חיים גבוה יותר ובמיוחד מאפשרות שליטה על פורמט התמונה, מאפייניה, לכידתה והעברתה לעיבוד.
שוק הצילום התעשייתי מורכב מכמה רבדים (מצלמות בתחום הנראה, אינפרא אדום, מדעיות, מהירות וכו’) ובעל דרישות ייחודיות, דבר המקטין אותו ביחס לשווקים צרכניים ומייקר אותו לעומתם. יתרה מזו, מאחר ורוב היישומים מעוניינים יותר באיתנות מאשר ביכולת וגודל, מצלמות ראיית מכונה (machine vision cameras) נוטות להיות גדולות יותר ובעלות צריכת זרם גבוהה יותר.
במשך העשור האחרון, גירסה חדשה של ראייה טכנולוגית (vision technology) הופיעה ומכונה בשם ראייה מוטמעת (Embedded Vision). בעוד שמערכות צילום תעשייתי התמקדו במצלמה כ”חיישן” הקלט המרכזי, מערכות משובצות (embedded systems) לא שמות את הראייה במרכז בהכרח. מערכות משובצות רבות מפיקות תועלת מטווח רחב של חישנים (תנועה, טמפרטורה, לחץ, שמע וכדומה), עבור יישום באלקטרוניקה ממונעת, רפואית, ייצורית וצרכנית.
עם זאת, חיישני צילום מוכרים כתוספת רבת-עוצמה למערכות משובצות (embedded systems). סיוע בפריסה של ראייה במערכות משובצות זו היא הנגישות של דורות חדשים של מעבדים משובצים (embedded processors) המציעים ביצועים ברמה גבוהה, יחס עלות-תועלת, צריכת חשמל נמוכה וגודל קומפקטי.
רוב המעבדים החדשים הללו תומכים בקלט וידאו או שהם מתוכננים ספציפית עבור אפליקציות וידאו דבר אשר מסייע באימוץ של טכנולוגיות עיבוד ראייה לתוך מגוון מוצרים אשר אינם מעוכבים על ידי החסרונות של דורות קודמים של לכידת תמונה ויחידות העיבוד.
היום, צילום נמצא בכל מקום: על הכביש, בתוך הרכב, בחנויות, בשדות תעופה ובאוויר. ה”אמבדד ויז’ן” (embedded vision) מאפשרת ליצור מכשירים חכמים יותר שיכולים לקלוט את הסביבה שלהם ולתקשר איתה בצורה הרבה יותר גמישה – כמעט כמו בני אדם.
בדרך כלל מערכות משובצות הן מכשירי מחשוב זעירים, קלי-משקל וזולים אשר יכולות להיות מוטמעות בתוך מערכת גדולה יותר – כמו למשל: רכב, רובוט, טרמינל ביטחון או מכונת מכירה אוטומטית.
הן גם יכולות להיות מופעלות ע”י סוללה או טלפון נייד כמו במצלמת עינית או במצלמה המולבשת על הגוף.
כאשר הדבר נוגע להוספת ראייה למערכת משובצת המתכנן צריך להטמיע רמות יותר גבוהות של אופטימיזציה מאשר במערכת המבוססת על PC או צילום תעשייתי.
הגודל קובע. בעוד שהגודל והמשקל של מצלמה אינם עשויים להיות כה חשובים במכונה תעשייתית על רצפת הייצור, הם כן חשובים אם אתה משלב מערכת עיבוד-תמונה לתוך רובוט או מזל”ט. מצלמה לראייה מוטמעת (embedded vision) צריכה להיות קומפקטית וקלת-משקל. רוב הזמן המצלמה איננה זקוקה למארז מאחר והיא תהיה חלק ממוצר המתוכנן ביעילות כך שהאופטיקה והממשק מותאמים אישית בשביל היישום.
צריכת חשמל. צריכת חשמל איננה דאגה עיקרית במערכות המותקנות במפעלים או מעבדות מדעיות, אך היא קריטית אם מסתכלים על יישומים ניידים המופעלים על ידי סוללה. אך, גם עבור מערכות שאינן מופעלות על ידי סוללה, צריכת חשמל היא עדיין גורם חשוב. המשמעות של צריכת אנרגיה היא גם חום, כך שכל מיליוואט משמעותו BTU נוספים שצריכים להיות מנוהלים. מאחר ומערכות אלו קומפקטיות, פיזור החום הופך לשיקול קריטי מבחינה עיצובית.
ממשק. חיבור מצלמה ליחידת העיבוד שלו במערכת משובצת אינו דומה למערכת המבוססת על PC. ביישומי צילום תעשייתי ממשקים סטנדרטיים מספקים חיבורים גנריים, אורך כבל, חשמל ושלמות סיגנל מעולים. ניתן להשתמש ב-USB במערכות משובצות אלו, אך ממשק ה-MIPI CSI-2 הופך לאפשרות מאוד פופולרית וכעת נתמך על ידי מעבדים משובצים. MIPI CSI-2 מעביר נתונים בקצב גבוה על גבי כבל שטוח נפוץ. חסרונו בא לידי ביטוי באורך כבל קצר יחסית. עם זאת, במערכת משובצת המעבד והמצלמה בדרך כלל קרובים מאוד אחד לשני, כך שאורך הכבל פחות משמעותי.
מערכות אלו מצריכות בדרך כלל חומרה נוספת, כגון: לוחות מנשא עבור ממשקים פיסיים שאינם נתמכים על ידי מכשירי מערכת על שבב (SoC) ומערכת על מודול (SoM). בנוסף לחומרה מותאמת, מתכנני הטמעה חייבים לספק ממשק תוכנה שלם עבור מצלמות ומעבדים מוטמעים, זאת בניגוד לפרוטוקולים המבוססים של צילום תעשייתי הזמינים היום.
הספק CPU. על אף שמעבדים מוטמעים הפכו להיות חזקים, מתכנני מערכות אלו עדיין יותר מוגבלים מבחינת כוח מחשוב מאשר אלה שהיישום שלהם פועל על PC. כל מכשיר המחובר ליחידת העיבוד אמור לייצר כמה שפחות עומס, כדי לשחרר את ה-CPU לצורכי עיבוד תמונות והבקרה. חיישנים ומצלמות שפותחו לאחרונה מספקים עיבוד תמונות מובנה נוסף המפחית מהמעבד את כמות העיבוד הנדרש.
תמיכה. מערכות מוטמעות משובצות פועלות על בסיס פלטפורמות רבות ומשתנות עם דגש על מערכות הפעלה בזמן-אמת (RTOS). מצלמה לראייה משובצת צריכה לתמוך ברכישת וידאו ותמונה בזמן-אמת ולספק כלים חיוניים כמו למשל: מנהלי התקנים ו-API’s.
מצלמות אלה חייבות להתאים למוצרים על בסיס טכנולוגיית-ARM וכן לגרסאות לינוקס שונות. יצרני המצלמות צריכות לקחת בחשבון גם תמיכה עבור ספריות תוכנה כולל קוד פתוח (open source).
עלות. לצד הקומפקטיות שלהן, יתרון מובהק של מערכות אלו הוא העלות הנמוכה שלהן ביחס למערכות המבוססות על PC. לרוב מצלמה לראייה ממוחשבת לא צריכה להיות מתוחכמת כמו במערכת Machine Vision המבוססת על PC שכן, המשימות המבוצעות על ידי מערכות משובצות הן פחות מורכבות.
לפיכך, העלות של המצלמה חייבת להיות מותאמת ביחס לעלות הכוללת של המערכת. מצלמות תעשייתיות לרב אינן מתאימות ליישומי מערכות משובצות אלו. עם זאת, מצלמות קומפקטיות הזמינות כיום הן לעיתים קרובות באיכות ירודה או מכילות עיבודי תמונה לא רצויים (כמו למשל: שיפור תמונה לטובת תצוגה לעומת דיוק) כיום, מתכנני מערכות משובצות צריכים לנווט בפער בין שני סוגי המצלמות הללו.
יש הרבה דמיון בין ראיית מחשב (computer vision), ראיית מכונה (machine vision) וראייה מוטמעת (embedded vision). מכל מקום, יישומים חדשים הן בשווקים צרכניים והן בשווקים תעשייתיים הופכים את הראייה המוטמעת לשוק אטרקטיבי. דרישות לראייה המוטמעת יוצרות גישות חדשות לראייה טכנולוגית, ממצלמות ייעודיות למעבדים ועד לאלגוריתמים תוכנתיים. המושג Embedded Vision הינו בוודאי באז וורד (buzz word) ועדיין איננו מוגדר או מובן היטב. אך, על בסיס ההשקעה העצומה של היצרנים המשמעותיים והמובילים בשוק המוליכים למחצה, ל-Embedded Vision יש עתיד מזהיר.
הכתבה באדיבות משה ינאי (CTO), אופטימיקס בע”מ.
