边缘计算加速智慧城市建设，ADI视频分析技术实例支招

随着物联网时代的到来，2017年全球物联网设备已经达到84亿台，2020年预计有500亿个设备将连接到网络，随而产生的数据也呈现几何式增长。据思科可视化网络指数VNI预测，到了2020年，连接到IP网络的设备存储数据总量将增加至6.2ZB。

数字化背后的基础技术是云计算，物联网应用和智慧城市的发展，几乎所有数据都需要连接到云，再通过云端存储、计算，通过网络互相连接。而随着PC互联网、移动互联网向万物互联演进，如何传输和处理海量数据，已经对当前的云计算技术架构提出很大挑战，所以在接近数据源的前端设备上执行部分计算是适应万物互联应用需求的新兴计算模式——边缘计算应运而生。

应用剖析：边缘计算模型+视频监控技术

分布在城市各个角落的视频监控摄像头属于万物互联应用中的一支，用来应对新型犯罪及社会管理等公共安全问题。传统视频监控系统前端摄像头内置计算能力较低，而现有智能视频监控系统的智能处理能力不足。为此，以云计算和万物互联技术为基础，融合边缘计算模型和视频监控技术，构建基于边缘计算的新型视频监控应用的软硬件服务平台，以提高视频监控系统前端摄像头的智能处理能力，进而实现重大刑事案件和恐怖袭击活动预警系统和处置机制，提高视频监控系统的防范刑事犯罪和恐怖袭击能力。

边缘计算+视频监控技术其实是构建了一种基于边缘计算的视频图像预处理技术，通过对视频图像进行预处理，去除图像冗余信息，使得部分或全部视频分析迁移到边缘处，由此降低对云中心的计算、存储和网络带宽需求，提高视频分析的速度，此外，预处理使用的算法采用软件优化、硬件加速等方法，提高视频图像分析的效率。

如何更好的收集设备端数据?

智慧城市中的实时视频分析应用，包括日常监控的人脸识别，大部分集中在预测分析和行为分析上，这些应用中收集到的信息可通过云计算进行更高端的广泛处理。然而深度处理有其局限性，ADI公司建议通过往组合中增加节点分析和对数成像器在加以改进。

通过往组合中增加节点分析，减轻与云之间的通信，可以改进数据分析。云计算的带宽需求比节点分析应用多出两个(或三个)数量级。除了节点处实现智能化，在组合中增加对数成像器对于传统成像器不符合要求的领域也具有优势，从而增强系统功能。除了减少对亮度变化的依赖性，对数成像器还提供更高的图像处理动态范围。在视频应用中，这些问题的解决有利于数据捕捉，从而加强节点的分析能力。通过提高数据捕捉能力，整个视频分析应用都可得到显著改进。

大多数传统成像器都是线性成像器，其使用像素生成的电压作为光的线性函数，而此类像素则会导致有限的对比度。线性成像器还利用统一的曝光相位，限制了其相对于帧速率范围内像素曝光时间的动态范围。最后，传统成像器的对比度取决于亮度，从而可能导致反光相关的对比度问题。通过替换成对数成像器可消除这些常见的问题，对数成像器使用像素生成的电压作为光的对数函数。

图1 传统的图像曝光

图2 ADIS17002对数图像曝光

                     图3 使用内置边缘检测技术的ADIS17002对数图像曝光

一些传统的成像器在努力解决阻碍用户全面捕捉其目标环境数据的对比度相关问题，这些对比度问题源于每个像素中生成电压的线性特性。线性成像像素中生成的电压与照射的光子数成正比;因此，与对数成像相比，其动态范围是有限的，降低与这些线性成像器相关的对比度就意味着缩小动态范围，对物联网应用中传感器节点的分析产生不利影响，最终影响系统的整体性能。对数成像器提供更广泛的亮度级范围，从而增加因对数生成的像素电压产生的对比度。

构筑平台级解决方案，ADI实例支招

为了提供平台级解决方案，ADI公司开始超越单个组件的研发。这些解决方案可帮助客户快速部署经过验证的智能解决方案，以更低的系统成本实现更高的性能。智能应用始于准确可靠的数据，通过ADI先进的检测和测量功能可获得此类数据。此外，ADI还与客户合作，共同开发能够解决所有问题的独特系统级解决方案。ADIS1700x是其中一种解决方案，它能够实现四分之一的视频图形阵列(QVGA)成像分析。

图4 功能框图

图5 ADIS17002：对角方向(左)、电路板镜头侧俯视(中)和背侧(右)

ADIS1700x是一个小尺寸且具有对数敏感性的QVGA分析成像器模块，具有能够优化视频性能的数字信号处理功能。除了用于图像稳定、倾斜和冲击检测的加速度计，该模块还采用低功耗Blackfin处理器进行节点分析。此外，它还采用内置边缘检测技术跟踪和计算对象运动。与传统成像器不同的是，对数成像器的每个14 μm × 14 μm像素都具有一个独一无二的曝光相位。针对室外操作的保形涂层使其非常适用于大规模部署，从而可创建新兴智能城市和建筑应用。ADIS17001配备110°视场(FOV)镜头，而ADIS17002则配备67°FOV镜头。这两个选项适用于各种目标应用，包括停车场监控、停车违章执法、车流长度检测和工业分析。

物联网应用发展不仅需要云计算力的持续提升，边缘端收集和处理数据的能力需要同步提高。节点分析技术和对数成像器可显著改进物联网领域的视频应用，这也是ADI公司将ADIS1700x与其模块产品一起推出的原因。而除了智慧城市视频应用领域外，边缘计算已经在智慧照明、电梯联网、智能制造、智能抄表、能效管理等领域均得到应用，将强效助力智慧城市建设。