現代機器視覺技術在安全領域的應用

　　1 最初的技術

　　光敏材料可根據有光照與否來更改其阻抗或導電性。早期的黑白視頻系統(如上世紀50年代RCA的光導攝像管攝像系統)采用真空管，以通過光敏硒板進行圖像傳感。

　　電子束將掃描硒板，產生與光量直接相關的電流，并在確切的時間射向硒板，進而由光柵掃描的顯像管產生初步的電子視頻信號，便于進行長距離傳輸。CRT電視再以反序接收信號，通過電子束掃描熒光屏重現圖像的對應光等級。

　　數十年來，視頻的用途一直僅限于單色傳感與實時顯示圖像。傳感器前的顏色過濾器會將模擬級別設置為組成色度，來創建顏色傳感器。電子束路徑中的熒光色用于生成彩色。colorburst晶體的出現解決了視頻信號中的色彩成分同步問題。

　　這一穩固的特性逐漸改進了熒光管性能，包括較高的分辨率、較低的功耗、低生產成本以及較高的可靠性。隨后閉路電視(CCTV)和廣播業便出現了并迅速發展起來。

　　但也存在一些缺點，即這些技術采用易碎玻璃工藝，并且電路需采用較高的電壓。尺寸限制使得基于熒光管的圖像傳感器一般較大而且笨重。現代半導體技術的出現改變了這一情況。

　　2 固態傳感器

　　早在1970年初，電荷耦合器件(CCD)就已面世了，它結合了半導體制造工藝與一組規則排列的改良存儲器陣列。陣列中的每個光敏像素傳感器都會同步設置觸發器狀態。而這些傳感器采用與移位寄存器相似的菊花鏈架構連接。為移位寄存器提供時鐘脈沖將生成同步視頻流。

　　從用于掃描儀和傳真機等應用的最初一維傳感器陣列，到后來的二維彩色版CCD的出現，視頻影像傳感器的尺寸已明顯減小，也簡化了電源要求。

　　3 擺脫觀察員的束縛

　　由于缺乏錄制技術，早期的CCTV系統需要專門的觀察人員從檢測到的事件中一次性獲取盡可能多的信息。之后，圖像便永久消失了。

　　這類CCTV系統是由人來識別模式、發現目標，并決定是否需要發出警報。可以說人就是報警回路中的控制處理器，擁有是否觸發警報器的一票決定權。

　　線性CCD傳感器借助于設定好的條形碼讀取和識別模式功能改變了這種狀況。現代的手機、攝像機以及機器視覺系統中所采用的二維傳感器提高了分辨率和光譜敏感度，同時減小了尺寸和功耗，并且不需要使用外部鏡頭。

　　機器視覺加入了人工智能元素，成就了新一代強大的監控系統，現在只需較少的人員、較低的成本和更高級別的目標設定檢測(和跟蹤)。這些要求增大了工程師的設計難度，要求他們能集成較高的功能級和前所未有的處理能力。

　　4 設計時面臨的問題與困擾

　　沒有現代存儲器的速度與密度以及現代嵌入式處理器的強大功能，下一代智能監控系統將無法實現成本與尺寸的提升。負荷量是其中一個主要原因，因為圖像分辨率的每次提升都會影響到其他的系統設計。

　　早期的8位4 MHz傳統處理器能夠幫助設計人員開發數字控制回路，且其數字技術能夠用于信號處理與實時控制，但速度上卻無法滿足智能安全領域的需求。究其原因最終歸結于存儲器需求的爆發性增長。

　　例如，一個簡單的傳統混合視頻攝像機共有525個掃描行，每行的采樣速率都可以不一樣。其中的21行用于垂直消隱。現代的CCD影像傳感器最低數字分辨率為¼ VGA (320 x 240)。

　　¼ VGA分辨率需要76,800個字節來呈現一個幀(8位分辨率時)。8位RGB(紅、綠、藍各占一個字節)最多支持230,400個字節。在這兩種情況下，均超出了傳統處理器的處理范圍。