【導讀】使用節點(diǎn)分析和對數成像器可改進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)中的視頻分析應用。視頻分析應用試圖利用日常世界中豐富的信息資源，出于幾個(gè)原因考量。包括日常監控的人臉識別，但大部分原因集中在預測分析和行為分析上。這些應用中收集到的信息可通過(guò)云計算進(jìn)行更高端的廣泛處理。然而，深度處理有其局限性，并且可以通過(guò)往組合中增加節點(diǎn)分析和對數成像器在很多方面加以改進(jìn)。
對數成像和節點(diǎn)分析組合
使用節點(diǎn)分析和對數成像器可改進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)(IoT)中的視頻分析應用。視頻分析應用試圖利用日常世界中豐富的信息資源，出于幾個(gè)原因考量。包括日常監控的人臉識別，但大部分原因集中在預測分析和行為分析上。這些應用中收集到的信息可通過(guò)云計算進(jìn)行更高端的廣泛處理。然而，深度處理有其局限性，并且可以通過(guò)往組合中增加節點(diǎn)分析和對數成像器在很多方面加以改進(jìn)。
通過(guò)往組合中增加節點(diǎn)分析，減輕與云之間的通信，可以改進(jìn)數據分析。云計算的帶寬需求比節點(diǎn)分析應用多出兩個(gè)（如果不是三個(gè)）數量級。因此，節點(diǎn)分析的計算能力要求更低，并可減少延遲。人口稠密的市場(chǎng)、交通混亂的地區以及城市停車(chē)場(chǎng)都是一些環(huán)境錯綜復雜的地方，可使用節點(diǎn)分析進(jìn)行檢測，以進(jìn)行預測和行為分析。在云中對這些環(huán)境進(jìn)行高級處理有助于制定業(yè)務(wù)策略，疏導交通流量，并可提高政府管理的停車(chē)場(chǎng)的效率。然而，在傳感器節點(diǎn)處采用低端軟件，而不是執行云分析，可改進(jìn)這些場(chǎng)景的延遲、帶寬、安全和功耗。
除了節點(diǎn)處實(shí)現智能化，往組合中增加對數成像器對于傳統成像器不符合要求的領(lǐng)域也具有優(yōu)勢，從而增強系統功能。除了減少對亮度變化的依賴(lài)性，對數成像器還提供更高的圖像處理動(dòng)態(tài)范圍。例如：在陰影、反光、光線(xiàn)突變以及高對比度場(chǎng)景中，對數成像器的表現都優(yōu)于傳統成像器。在視頻應用中，這些問(wèn)題的解決有利于數據捕捉，從而加強節點(diǎn)的分析能力。通過(guò)提高數據捕捉能力，整個(gè)視頻分析應用都可得到顯著(zhù)改進(jìn)。
節點(diǎn)分析技術(shù)和對數成像器實(shí)現的改進(jìn)有助于解決物聯(lián)網(wǎng)中的視頻分析應用問(wèn)題。安全、決策制定延遲、數據帶寬和計算能力是物聯(lián)網(wǎng)應用中常見(jiàn)的一些工程難題。通過(guò)減少數據傳輸可大大減少這些工程問(wèn)題，而這也是節點(diǎn)分析對物聯(lián)網(wǎng)應用具有吸引力的原因。在視頻分析應用中，有限的對比度和亮度依賴(lài)性是需要共同解決的難題。對數成像器是視頻分析應用的關(guān)鍵，幾乎可以解決這一難題?？偟膩?lái)說(shuō)，使用節點(diǎn)分析技術(shù)和對數成像器可增強物聯(lián)網(wǎng)中的視頻分析應用。
智能邊緣
通過(guò)處理基于預期視覺(jué)事件的數據，可迅速地將測量數據轉換為適當的動(dòng)作，不必向云服務(wù)器傳輸任何數據，或傳輸少量數據。對視頻數據進(jìn)行快速分析，而不是將其傳至云，可在本地做出決策，從而改進(jìn)系統的延遲性。通過(guò)減少傳輸具有攔截風(fēng)險的數據，不僅能夠明顯減少決策延遲，而且安全性也得以提高。
只有最有價(jià)值的信息需要傳輸至節點(diǎn)之外的云中，以進(jìn)行預測或行為處理。經(jīng)過(guò)優(yōu)化的數據劃分可充分發(fā)揮云價(jià)值，因為通常不需要全帶寬的視頻分析幀。在固定安裝的攝像機上，幀與幀之間的大部分可視數據為靜態(tài)數據，并可在節點(diǎn)進(jìn)行濾波處理。邊緣節點(diǎn)視頻分析可提供多種濾波解讀來(lái)區分各種預期的對象類(lèi)型：汽車(chē)、卡車(chē)、自行車(chē)、人類(lèi)和動(dòng)物等。這種抽取操作減少了云服務(wù)器上所需的數據帶寬和相關(guān)的計算能力，而如果要分析下游發(fā)送的全幀速率視頻數據，則會(huì )占用大量的數據帶寬和計算能力。與云計算應用相比，這種帶寬的減少可實(shí)現兩個(gè)或三個(gè)數量級的改進(jìn)，而這是節點(diǎn)分析技術(shù)實(shí)現的一個(gè)關(guān)鍵性能改進(jìn)。
對數成像
通過(guò)替換為對數成像技術(shù)可解決與傳統成像器相關(guān)的常見(jiàn)問(wèn)題，從而進(jìn)一步改進(jìn)視頻分析應用。大多數傳統成像器都是線(xiàn)性成像器，其使用像素生成的電壓作為光的線(xiàn)性函數，而此類(lèi)像素則會(huì )導致有限的對比度。線(xiàn)性成像器還利用統一的曝光相位，限制了其相對于幀速率范圍內像素曝光時(shí)間的動(dòng)態(tài)范圍。最后，傳統成像器的對比度取決于亮度，從而可能導致反光相關(guān)的對比度問(wèn)題。通過(guò)替換成對數成像器可消除這些常見(jiàn)的問(wèn)題，對數成像器使用像素生成的電壓作為光的對數函數。傳統成像器與對數成像器之間的區別請參見(jiàn)圖1、2和3。
圖1. 傳統的圖像曝光。
圖2. ADIS17002對數圖像曝光。
圖3. 使用內置邊緣檢測技術(shù)的ADIS17002對數圖像曝光。
一些傳統的成像器在努力解決阻礙用戶(hù)全面捕捉其目標環(huán)境數據的對比度相關(guān)問(wèn)題。這些對比度問(wèn)題源于每個(gè)像素中生成電壓的線(xiàn)性特性。線(xiàn)性成像像素中生成的電壓與照射的光子數成正比；因此，與對數成像相比，其動(dòng)態(tài)范圍是有限的。降低與這些線(xiàn)性成像器相關(guān)的對比度就意味著(zhù)縮小動(dòng)態(tài)范圍。對比度降低會(huì )對物聯(lián)網(wǎng)應用中傳感器節點(diǎn)的分析產(chǎn)生不利影響，最終影響系統的整體性能。對數成像器提供更廣泛的亮度級范圍，從而增加因對數生成的像素電壓產(chǎn)生的對比度。然而，對比度的增加導致更高的感光性，這在有些應用中可能并不是期望的效果?；蛘?，感光性 的提高也可能是一種優(yōu)勢，具體取決于應用。
陽(yáng)光充足或明亮環(huán)境下產(chǎn)生的反光可能會(huì )進(jìn)一步阻礙使用傳統成像器進(jìn)行視頻捕捉。例如：當擋風(fēng)玻璃上存在反光時(shí)，汽車(chē)內部的人臉識別就會(huì )變得益發(fā)困難。這種視頻捕捉障礙會(huì )將錯誤引入系統或丟失重要數據，從而對視頻分析產(chǎn)生不利影響。由于線(xiàn)性成像器像素之間的對比度取決于亮度，所以會(huì )產(chǎn)生反光；因此，線(xiàn)性成像器的反光更加突出。這種對亮度的依賴(lài)性見(jiàn)等式1。另外，對數成像器的對比度則由于其本身的對數特性而與亮度無(wú)關(guān)，從而有助于減少反光或光線(xiàn)的突變。對數成像器與亮度無(wú)關(guān)的特性見(jiàn)等式2。
超越單個(gè)組件的研發(fā)
為了提供平臺級解決方案，ADI公司開(kāi)始超越單個(gè)組件的研發(fā)；這些解決方案可幫助客戶(hù)快速部署經(jīng)過(guò)驗證的智能解決方案，以更低的系統成本實(shí)現更高的性能。智能應用始于準確可靠的數據，通過(guò)ADI先進(jìn)的檢測和測量功能可獲得此類(lèi)數據。此外，ADI還與客戶(hù)合作，共同開(kāi)發(fā)能夠解決所有問(wèn)題的獨特系統級解決方案。ADIS1700x是其中一種解決方案，它能夠實(shí)現四分之一的視頻圖形陣列(QVGA)成像分析。
圖4. 功能框圖。
ADIS1700x是一個(gè)小尺寸且具有對數敏感性的QVGA分析成像器模塊，具有能夠優(yōu)化視頻性能的數字信號處理功能。除了用于圖像穩定、傾斜和沖擊檢測的加速度計，該模塊還采用低功耗Blackfin處理器進(jìn)行節點(diǎn)分析。此外，它還采用內置邊緣檢測技術(shù)跟蹤和計算對象運動(dòng)。與傳統成像器不同的是，對數成像器的每個(gè)14 μm × 14 μm像素都具有一個(gè)獨一無(wú)二的曝光相位。針對室外操作的保形涂層使其非常適用于大規模部署，從而可創(chuàng )建新興智能城市和建筑應用。ADIS17001 配備110°視場(chǎng)(FOV)鏡頭，而ADIS17002則配備67°FOV鏡頭。這兩個(gè)選項適用于各種目標應用，包括停車(chē)場(chǎng)監控、停車(chē)違章執法、車(chē)流長(cháng)度檢測和工業(yè)分析。
圖5. ADIS17002：對角方向（左）、電路板鏡頭側俯視（中）和背側（右）。
總的來(lái)說(shuō)，使用節點(diǎn)分析技術(shù)和對數成像器可顯著(zhù)改進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的視頻應用，這也是ADI公司與ADIS1700x模塊產(chǎn)品一起推出的方法。節點(diǎn)分析而不是云計算有利于物聯(lián)網(wǎng)應用的發(fā)展。對數成像器具有其競爭產(chǎn)品無(wú)法匹敵的優(yōu)勢，可更進(jìn)一步改進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)應用?？傊?，物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的視頻分析應用與節點(diǎn)分析技術(shù)和對數成像器相結合，共同構成一個(gè)魯棒的系統級解決方案。
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