物聯(lián)網(wǎng)邊緣的智能視頻分析

對(duì)數(shù)成像和節(jié)點(diǎn)分析的混合

通過(guò)使用節(jié)點(diǎn)分析和對(duì)數(shù)成像器，可以改進(jìn)在物聯(lián)網(wǎng) （IoT） 中運(yùn)行的視頻分析應(yīng)用程序。出于多種原因，視頻分析應(yīng)用程序試圖利用日常生活中的豐富信息。這些原因的范圍從面部識(shí)別到日常監(jiān)控，但大多數(shù)都集中在預(yù)測(cè)和行為分析上。這些應(yīng)用程序中收集的信息可以通過(guò)云計(jì)算在更高層次上廣泛處理。然而，深度處理有其局限性，可以通過(guò)添加節(jié)點(diǎn)分析和對(duì)數(shù)成像器在許多方面進(jìn)行改進(jìn)。

通過(guò)將節(jié)點(diǎn)分析添加到組合中，可以通過(guò)消除與云的通信來(lái)改進(jìn)數(shù)據(jù)分析。云計(jì)算需要比節(jié)點(diǎn)分析應(yīng)用程序多兩個(gè)甚至三個(gè)數(shù)量級(jí)的帶寬。因此，節(jié)點(diǎn)分析消耗的計(jì)算能力要少得多，延遲也會(huì)減少。人口稠密的市場(chǎng)、混亂的交通路段和城市停車(chē)位是一些錯(cuò)綜復(fù)雜的氛圍，可以使用節(jié)點(diǎn)分析進(jìn)行預(yù)測(cè)和行為分析。在云中對(duì)這些環(huán)境進(jìn)行高級(jí)處理可以推進(jìn)業(yè)務(wù)戰(zhàn)略，轉(zhuǎn)移一般交通流量，并提高政府管理的停車(chē)位的效率。但是，通過(guò)在傳感器節(jié)點(diǎn)上實(shí)施較低級(jí)別的軟件而不是在云中執(zhí)行分析，可以在這些情況下改善延遲、帶寬、安全性和功耗。

除了節(jié)點(diǎn)的智能之外，將對(duì)數(shù)成像儀添加到組合中可以通過(guò)在傳統(tǒng)成像器不足的領(lǐng)域提供優(yōu)勢(shì)來(lái)增強(qiáng)這些系統(tǒng)。對(duì)數(shù)成像器除了減少對(duì)亮度變化的依賴(lài)外，還為圖像處理提供了更高的動(dòng)態(tài)范圍。例如，陰影、反射、光線(xiàn)的突然變化和高對(duì)比度場(chǎng)景是對(duì)數(shù)成像儀可以?xún)?yōu)于傳統(tǒng)成像儀的領(lǐng)域。在視頻應(yīng)用程序中解決這些問(wèn)題可以增強(qiáng)數(shù)據(jù)捕獲，從而加強(qiáng)節(jié)點(diǎn)的分析。通過(guò)改進(jìn)數(shù)據(jù)捕獲，可以顯著改進(jìn)整體視頻分析應(yīng)用程序。

節(jié)點(diǎn)分析和對(duì)數(shù)成像器提供的改進(jìn)可以幫助解決在物聯(lián)網(wǎng)中運(yùn)行的視頻分析應(yīng)用程序的問(wèn)題。物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用常見(jiàn)的一些工程困難是安全性、決策延遲、數(shù)據(jù)帶寬和計(jì)算能力。通過(guò)消除數(shù)據(jù)傳輸，這些工程問(wèn)題大大減少，這就是為什么節(jié)點(diǎn)分析對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用具有吸引力的原因。在視頻分析應(yīng)用中，有限的對(duì)比度和對(duì)亮度的依賴(lài)是常見(jiàn)的難題。對(duì)數(shù)成像儀幾乎消除了這種掙扎，這是視頻分析應(yīng)用的關(guān)鍵。總體而言，在物聯(lián)網(wǎng)中運(yùn)行的視頻分析應(yīng)用程序通過(guò)節(jié)點(diǎn)分析和對(duì)數(shù)成像器得到了增強(qiáng)。

邊緣智能

通過(guò)根據(jù)預(yù)期的視覺(jué)事件處理數(shù)據(jù)，測(cè)量數(shù)據(jù)可以快速轉(zhuǎn)換為適當(dāng)?shù)牟僮鳎苌倩驔](méi)有數(shù)據(jù)傳達(dá)到云服務(wù)器。這種對(duì)視頻數(shù)據(jù)的快速分析，而不是傳輸?shù)皆贫?，可以本地化決策過(guò)程并改善系統(tǒng)中的延遲。決策中的延遲不僅顯著減少，而且通過(guò)消除通常會(huì)引入攔截風(fēng)險(xiǎn)的數(shù)據(jù)傳輸來(lái)提高安全性。

只有最有價(jià)值的信息需要連接到節(jié)點(diǎn)之外并連接到云中進(jìn)行預(yù)測(cè)或行為處理。這種優(yōu)化的數(shù)據(jù)分區(qū)可最大化云價(jià)值，因?yàn)橥ǔ２恍枰曨l分析幀的完整帶寬。幀與幀之間的大多數(shù)視覺(jué)數(shù)據(jù)在固定安裝的相機(jī)上是靜態(tài)的，可以在節(jié)點(diǎn)上過(guò)濾。邊緣節(jié)點(diǎn)視頻分析可以提供許多過(guò)濾解釋?zhuān)詤^(qū)分預(yù)期的對(duì)象類(lèi)型：汽車(chē)、卡車(chē)、自行車(chē)、人類(lèi)、動(dòng)物等。這種抽取減少了數(shù)據(jù)帶寬和相關(guān)計(jì)算能力，否則云服務(wù)器需要這些數(shù)據(jù)帶寬和計(jì)算能力來(lái)分析下游傳輸?shù)囊曨l數(shù)據(jù)的全幀速率。與云計(jì)算應(yīng)用程序相比，帶寬的這種減少可以提高兩到三個(gè)數(shù)量級(jí)，這是節(jié)點(diǎn)分析提供的關(guān)鍵改進(jìn)。

對(duì)數(shù)成像

通過(guò)替代對(duì)數(shù)成像來(lái)解決與傳統(tǒng)成像儀相關(guān)的常見(jiàn)問(wèn)題，可以進(jìn)一步改進(jìn)視頻分析應(yīng)用。大多數(shù)傳統(tǒng)成像器都是線(xiàn)性的，并且使用像素來(lái)產(chǎn)生電壓，該電壓是光的線(xiàn)性函數(shù)，這可能導(dǎo)致有限的對(duì)比度。線(xiàn)性成像儀還利用均勻的曝光相位，將其動(dòng)態(tài)范圍限制在幀速率內(nèi)的像素曝光時(shí)間。最后，傳統(tǒng)的成像儀對(duì)比度取決于亮度，這可能會(huì)引入與反射相關(guān)的對(duì)比度問(wèn)題。通過(guò)使用產(chǎn)生光對(duì)數(shù)函數(shù)的電壓的像素來(lái)替換對(duì)數(shù)成像器，消除了這些常見(jiàn)問(wèn)題。

一些傳統(tǒng)的成像儀難以應(yīng)對(duì)與對(duì)比度相關(guān)的困難，這些困難阻礙了用戶(hù)完全捕獲目標(biāo)環(huán)境。這些對(duì)比度問(wèn)題源于每個(gè)像素內(nèi)電壓產(chǎn)生的線(xiàn)性特性。線(xiàn)性成像像素內(nèi)產(chǎn)生的電壓與撞擊它的光子量成正比;因此，與對(duì)數(shù)對(duì)應(yīng)物相比，動(dòng)態(tài)范圍受到限制。與這些線(xiàn)性成像器相關(guān)的對(duì)比度降低是動(dòng)態(tài)范圍減小的結(jié)果。這種降低的對(duì)比度可能會(huì)破壞物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中傳感器節(jié)點(diǎn)的分析，最終影響整體系統(tǒng)性能。對(duì)數(shù)成像儀提供更寬范圍的光照水平，因此，由于像素電壓是對(duì)數(shù)產(chǎn)生的，因此增加了對(duì)比度。然而，這種增加的對(duì)比度導(dǎo)致對(duì)光的敏感性更高，這在某些應(yīng)用中可能是不希望的效果?；蛘?，這種對(duì)亮度的敏感性增加可能是一個(gè)優(yōu)勢(shì)——這完全取決于應(yīng)用。

在陽(yáng)光明媚或明亮的環(huán)境中，使用傳統(tǒng)成像儀拍攝的視頻可能會(huì)受到反射的進(jìn)一步阻礙。例如，當(dāng)擋風(fēng)玻璃上存在反射時(shí)，車(chē)輛中的面部識(shí)別會(huì)變得越來(lái)越困難。這種視頻捕獲的障礙可能會(huì)在系統(tǒng)中引入錯(cuò)誤或丟失關(guān)鍵數(shù)據(jù)，從而對(duì)視頻分析產(chǎn)生負(fù)面影響。引入這些反射是因?yàn)橄袼刂g的線(xiàn)性成像儀對(duì)比度取決于亮度;因此，反射更加突出。這種對(duì)光度的依賴(lài)性可以在公式1中觀(guān)察到?；蛘?，對(duì)數(shù)成像儀對(duì)比度與亮度無(wú)關(guān)，因?yàn)樗哂凶匀坏膶?duì)數(shù)特性，有助于減輕反射或光線(xiàn)的突然變化。對(duì)數(shù)成像器的光度獨(dú)立性可以通過(guò)公式2來(lái)觀(guān)察。

超越單個(gè)組件

ADI公司超越了單個(gè)組件，以提供平臺(tái)級(jí)解決方案;這些解決方案可幫助客戶(hù)快速部署經(jīng)過(guò)驗(yàn)證的智能解決方案，以更低的系統(tǒng)成本提高性能。智能應(yīng)用始于可靠、準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)由ADI先進(jìn)的檢測(cè)和測(cè)量功能實(shí)現(xiàn)。此外，ADI公司正在與客戶(hù)合作開(kāi)發(fā)獨(dú)特的系統(tǒng)級(jí)解決方案，以解決整個(gè)問(wèn)題。ADIS1700x是其中一種能夠進(jìn)行四分之一視頻圖形陣列（QVGA）成像分析的解決方案。

圖4.功能框圖。

ADIS1700x是一款QVGA分析成像器模塊，外形小巧，具有對(duì)數(shù)靈敏度，結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理功能，可優(yōu)化視頻性能。該模塊利用低功耗Blackfin處理器提供在節(jié)點(diǎn)上執(zhí)行分析的能力，以及用于圖像穩(wěn)定、傾斜和沖擊檢測(cè)的加速度計(jì)。它還利用內(nèi)置的邊緣檢測(cè)來(lái)跟蹤和計(jì)數(shù)物體運(yùn)動(dòng)。與傳統(tǒng)成像儀不同，每個(gè) 14 μm × 14 μm 像素具有獨(dú)特的曝光相位。用于戶(hù)外操作的保形涂層使其成為大規(guī)模部署的完美模塊，允許創(chuàng)建新興的智能城市和建筑應(yīng)用。ADIS17001提供110°視場(chǎng)（FOV）鏡頭，而ADIS17002提供67°視場(chǎng)（FOV）鏡頭。這兩個(gè)選項(xiàng)提供了多種目標(biāo)應(yīng)用，包括停車(chē)位監(jiān)控、停車(chē)違規(guī)執(zhí)法、交通隊(duì)列檢測(cè)和工業(yè)分析。

圖5.ADIS17002的角度（左），電路板的鏡頭側(cè)上方（中）和背面（右）。

總體而言，通過(guò)節(jié)點(diǎn)分析和對(duì)數(shù)成像器可以顯著改善物聯(lián)網(wǎng)中的視頻應(yīng)用，這是ADI公司在發(fā)布ADIS1700x時(shí)采用的方法。節(jié)點(diǎn)分析，而不是云計(jì)算，可以使物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序向前發(fā)展。對(duì)數(shù)成像儀具有同類(lèi)產(chǎn)品無(wú)法比擬的優(yōu)勢(shì)，進(jìn)一步改善了物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用?？傊?，在物聯(lián)網(wǎng)中運(yùn)行的視頻分析應(yīng)用程序與節(jié)點(diǎn)分析和對(duì)數(shù)成像儀相結(jié)合，構(gòu)成了一個(gè)強(qiáng)大的系統(tǒng)級(jí)解決方案。

審核編輯：郭婷