物联网领域图像感测应用浅析

过去一年，物联网（IoT）获得广大的媒体关注，已被誉为全联接世界的下一发展阶段。各种有用的资讯将透过它在不同机械和设备间传递。本文将着重于图像感测在物联网中，从概念阶段过渡到现实的进程中会发挥的关键作用。

物联网在未来几年将产生多大的影响？分析师们皆声称影响钜大，大型企业都在大力发展综合设备、大数据和云端整合。这不仅创造了储存大量数据容量的机会，且能利用这数据作出更明智的决策。2008年，互联网连接数超过了地球人口数，但在今日，这仍然少于世上所有客观存在的事物的1%。今年，全球人口的75%将进入互联网。思科预计，到2015年将有250亿设备连接;到2020年，这一数值将增至500亿。未来无线技术的多数发展也将受到物联网很大程度的影响。这指数成长的核心是各分立行业的设备交互作用。一个适用所有行业的无线标准是物联网成功的基矗今天，标准组织正准备发布各种通讯协议规范。这将是我们看到其成熟和发展产品上市的一年。

物联网成像未来应用

首先，让我们具体看看作为实现物联网的一部分，摄影机可能用在什么地方。我们认为有大量的应用可能性，这里仅举几例：

1.家居安全防护系统—透过物联网的实施，可经智慧手机访问家庭影像监控系统。因此，进入其家中的人的身份完全暴露于用户面前。这技术还允许引入“智慧锁”和“智慧门铃”，通过使用的摄影机来追踪个人—适用时允许他们进入和限制访问。

2.照明控制系统—物联网意味着家居或办公环境的照明将不再依赖于简单地开关。利用系统级晶片功能的感测器，可获取用于照明控制的有用资讯。图像分析有助于检测运动，通过量测光照水准的突然变化，进而用于照明控制。物联网照明还可用于停车场—使其更环保、更安全、更高效能。

3.无人机—由于与该设备相关联的成本显着降低，目前正见证一个激增的无人机市常这些有能力完成各种不同任务的无人机，有着合乎要求的成像能力。例如，在农业方面，它们可被用来查找灌溉基础设施的渗漏、或量测农作物及牲畜。它们在灾难相关方面也有令人难以置信的价值，好比提供地面即时评估情况。大量无人机现在采用内置或附属的摄影机，提供空中所拍的所有图像。它们能在SD卡上储存图像，或向行动设备提供现场直播。

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4.远端病人监控—这是一种在传统临床设施以外监测病人的技术。这有助于提高护理水准，使病人和其家人都能安心。同时，病人可保持一定程度的*和独立，改善他们的生活品质。成像技术结合高效能无线技术，在此领域带来极大的益处。图像感测器可进行被动监控，确保目标在不同房间移动而不只是待在原地不动。这可以用一种完全非侵入式的方式进行，而不捕获任何详细图像数据，完全清楚此人目前在哪个房间。在其他应用中，可连接到宝宝婴儿床的摄影机系统正在开发中，以监控宝宝是睡着了还是醒着。先进的图像分析还可用来监控新生儿生命征象。

5.手持设备—物联网的出现正促进包含如微型显微镜和光谱仪等功能在内的下一代手持设备的发展。这显然开发了成像技术的多种可能性。例如，这些光谱仪可提供您正在吃的食物之化学成分。

6.其他应用—基本上任何需要定期从远端位置获取成像数据、同时需免去沉重的财务投资的应用场景，可能需要实施某种形式的物联网。这可能是从工业控制到野生动物种群监控、从家用电器到智慧测量系统的任何应用。在这领域安置工作人员去完成这些任务的费用通常过高而不合理，但通过物联网成像可采取更具成本效益的方法。

影响物联网成像部署的动态

过去几年的一些发展将证明物联网成像的优势，并将其纳入广泛的应用。现在生产的图像感测器是：

1.更紧密—这使其更易于整合到系统设计中，特别是需考虑空间限制的应用。

2.更高解析度—因此能利用先进的画素技术获取更大量的数据。

3.提高灵敏度—将提高准确度。

4.总成本—5年前图像感测器的成本在某种程度上只能令人望而却步，如今制造技术和工业的改进已让产品可进入标价较低的市常

通讯标准

在各种物联网应用中，部署了大量竞争性的通讯协议。对有线应用，将通过建立如USB、乙太网等协议实施。无线介面更是一个合成包—使用如Wi-Fi、Wi-Fi Direct、蓝牙低功耗（BLE）、ZigBee和Z-Wave等协议，以及新兴的Thread（基于802.15.4协议的新标准，正被Google/Nest等公司推广）和6LoWPan（基于IP version 6的低速无线个域网，也基于802.15.4）等。

图二

物联网世界的最大挑战之一是互通性—不同供应商的设备交换数据和通讯的能力。大多数情况下，这些设备绝不会相互通讯。除了集中控制这些设备，这还涉及编写特定应用程式使设备一起工作，而绝不单独运行。解决这此项挑战是各种定义规范和测试程式的标准组织之主要目标，以确保设备间的互通性。2015年至少有四方力量在为带来更有秩序的物联网世界而努力。这是一项巨大的任务，具有广阔的发展空间。AllSeen联盟是一个致力于支援和推动产品、系统和服务广泛采纳的联盟，以开放、通用的发展框架支援互联网的一切，由一个充满活力的生态系统和蓬勃发展的技术社群支援。它一开始作为AllJoyn框架的一部分，现在正通过其他成员公司的加入而扩张。它由巨头如高通、微软、SONY和LG等100家会员公司支援。

开放互联网联盟（OIC）将是个开放的规范，任何人都可实施，便于开发者使用。它将包含知识产权保护和品牌认证的设备（通过合规测试）和服务水准的互通性。它由思科、因特尔、联发科和三星等公司支援，约有40家会员。

工业互联网联盟（IIC）成立于2014年3月，将组织和必要的技术放到一起，通过识别、组装以加速工业互联网的成长并促进最佳实践。会员包括小型和大型技术创新者、垂直市场领先者、研究人员、大学和*。其成员包括思科、AT&T、英特尔、通用电气和IBM，目前有超过100家会员。

随着基于视觉设备的爆发，CMOS成像仪已成为现代重要的感测器。摄影机可跟踪人体运动、检测目标、识别人脸、读取远处文字、重建三D场景，甚至可拍摄一个脉波。

很多情况下，工程师希望向他们的物联网中添加一个图像传感维度，如果有以前的经验更好。更资深的图像系统设计工程师往往需要配合严格的期限，所以不能投入必要的时间和资源、从零开始开发一个物联网成像系统。因此，采用现成的方案将是可取的。

安森美半导体图像感测器部的IoTVDK，其参考设计有效地为工程师提供全面的为物联网准备的成像方案。它通过MicroUSB连接或使用单节锂电子电池供电，能通过WiFi和乙太网通讯介面，以30帧/秒进行全解析度视讯串流。此外，它还支援通过蓝牙（BLE4.0）和移动平台应用程式介面（APIs）进行数据传输。

这参考设计的核心是一个两百万画素的图像感测器AR0230，它还包含一个Gainspan WiFi模组（支援802.11n）。图像数据的处理通过采用ARM9核的DM368数位媒体系统级晶片（SoC）完成。支援所有3个主要的云端平台（AWS、Azure和Google Cloud）。内建的无源红外线（PIR）感测器支援智慧视讯串流，使系统视频流只在运行被检测到时发生。得益于整合进该参考设计之功能水准，为工程师提供支援“框架外”整合的全面的成像方案。

结语

互联网显然是在人类历史上最强大/有影响力的作品，而物联网则是下一步演进。我们已看到简单却具突破性的产品完全打破市常这些产品的核心是智慧和连接的摄影机，采用先进的图像感测技术。改进CMOS图像感测器的画素性能使光灵敏度能等同于CCD图像感测器。更小尺寸、更低功耗和低成本的CMOS图像感测器采用全新元件类，并支援CMOS图像感测器在无数应用中迅速普及。在图像感测器技术的推动下，摄影机让更多地连接到我们的设备、汽车、家居及最重要的人们。CMOS图像感测器打开了一扇窗，并带人们进入前所未知的生活。