摘要：介紹了基于ARM+DSP架構的嵌入式機器視覺系統的特性，分析了制約嵌入式機器視覺系統性能的因素。從操作系統和應用程序方面，討論了嵌入式機器視覺系統的優化方案。通過對嵌入式Linux內核和文件系統進行裁剪，對應用程序代碼進行大量的優化，并充分利用Cotex —A處理器獨有的NEON加速技術，使系統開機啟動時問縮短25 s，應用程序運行速度提高2．5倍。
關鍵詞：嵌入式；機器視覺；優化；ARM；NEON

嵌入式系統是以應用為中心，以計算機技術為基礎，并且軟硬件可裁剪，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗有嚴格要求的專用計算機系統。嵌入式機器視覺系統是指用嵌入式計算機處理由光學傳感器接收到的圖像信息，以實現對物體的檢測和識別的裝置，如數碼相機、手持二維碼識別設備，體感交互游戲機等。由于機器視覺系統需要進行大量復雜的數據運算，因此目前大多數的機器視覺系統還是基于PC系統構建，但隨著近年來嵌入式系統的高速發展，嵌入式機器視覺系統越來越多地應用于工業檢測與控制、智能交通、安防、醫療器械、機器人導航及消費電子等領域。
嵌入式機器視覺系統的性能主要取決于硬件和軟件兩方面。目前應用于嵌入式機器視覺系統的硬件平臺主要有Intel基于x86架構的Atom平臺、TI基于ARM—DSP的OMAP系列平臺、NVIDIA基于ARM—GeForce的Tegra系列平臺、IBM等基于PowerPC的處理平臺等，其中ARM—DSP是一種高性價比的、應用廣泛的體系結構。除了硬件平臺之外，嵌入式操作系統的選擇對機器視覺系統的性能也很重要，如開機時間，系統穩定性等。嵌入式操作系統的種類比較多，其中較為流行的主要有μC／OS、Windows CE、VxWorks、Android、iOS、Meego、QNX和Linux等。在諸多嵌入式操作系統中，Linux以其內核穩定、支持多種硬件平臺、完全免費、源代碼完全開放、可裁剪定制、易于移植的特性，成為大多數廠家的絕佳選擇。此外，由于嵌入式機器視覺系統具有處理數據量大，算法復雜的特點，對嵌入式機器視覺應用程序的優化也至關重要。
文中以采用ARM—DSP結構的Beagleboard—xM開發板為例，構建了用于目標檢測跟蹤的嵌入式機器視覺系統，從操作系統和機器視覺應用程序方面對系統進行優化，并充分利用Cotex—A處理器的NEON加速技術，顯著提高了嵌入式機器視覺系統的性能。

1 系統軟硬件組成
文中所采用的嵌入式機器視覺系統的硬件組成如圖1所示。其中DM3730處理器是由TI生產的單片系統(SoC)處理器，采用了POP(Package on Package)封裝技術，內含1G主頻的ARM Cortex—A8，主頻800 M的TMS320C64+內核和512 M的LPDDR內存。該處理器有較強的多媒體圖像、視頻處理能力，特別適合于構建嵌入式機器視覺系統。Beagleboard—xM沒有Flash，系統是從MicroSD卡啟動的。PMIC為電源與音頻管理模塊，它通過McBSP總線與處理器連接。攝像頭和以太網數據通過USB接口傳給處理器，處理器運行目標檢測與跟蹤程序，并將處理結果送到LCD顯示。Minicom用于和上位機進行通訊，便于調試。

圖2為系統的軟件結構圖。在嵌入式Linux內核中包含了對CPU、USB攝像頭、電源管理設備及USB以太網等的驅動支持。其中V4L是Linux內核中關于視頻設備的API接口，UVC(USB Video Class)是為USB攝像頭提供即插即用功能的驅動模塊，在此基礎上將開源的跨平臺機器視覺庫OpenCV2．2移植到了嵌入式平臺上，并在應用程序中實現對視頻信號的采集和處理。