過(guò)去一年，物聯(lián)網(wǎng)（IoT）獲得廣大的媒體關(guān)注，已被譽(yù)為全聯(lián)接世界的下一發(fā)展階段。各種有用的資訊將透過(guò)它在不同機(jī)械和設(shè)備間傳遞。本文將著重于圖像感測(cè)在物聯(lián)網(wǎng)中，從概念階段過(guò)渡到現(xiàn)實(shí)的進(jìn)程中會(huì)發(fā)揮的關(guān)鍵作用。

物聯(lián)網(wǎng)在未來(lái)幾年將產(chǎn)生多大的影響？分析師們皆聲稱影響鉅大，大型企業(yè)都在大力發(fā)展綜合設(shè)備、大數(shù)據(jù)和云端整合。這不僅創(chuàng)造了儲(chǔ)存大量數(shù)據(jù)容量的機(jī)會(huì)，且能利用這數(shù)據(jù)作出更明智的決策。2008年，互聯(lián)網(wǎng)連接數(shù)超過(guò)了地球人口數(shù)，但在今日，這仍然少于世上所有客觀存在的事物的1%。今年，全球人口的75%將進(jìn)入互聯(lián)網(wǎng)。思科預(yù)計(jì)，到2015年將有250億設(shè)備連接;到2020年，這一數(shù)值將增至500億。未來(lái)無(wú)線技術(shù)的多數(shù)發(fā)展也將受到物聯(lián)網(wǎng)很大程度的影響。這指數(shù)成長(zhǎng)的核心是各分立行業(yè)的設(shè)備交互作用。一個(gè)適用所有行業(yè)的無(wú)線標(biāo)準(zhǔn)是物聯(lián)網(wǎng)成功的基礎(chǔ)。今天，標(biāo)準(zhǔn)組織正準(zhǔn)備發(fā)布各種通訊協(xié)議規(guī)范。這將是我們看到其成熟和發(fā)展產(chǎn)品上市的一年。

物聯(lián)網(wǎng)成像未來(lái)應(yīng)用

首先，讓我們具體看看作為實(shí)現(xiàn)物聯(lián)網(wǎng)的一部分，攝影機(jī)可能用在什么地方。我們認(rèn)為有大量的應(yīng)用可能性，這里僅舉幾例：

1.家居安全防護(hù)系統(tǒng)—透過(guò)物聯(lián)網(wǎng)的實(shí)施，可經(jīng)智慧手機(jī)訪問(wèn)家庭影像監(jiān)控系統(tǒng)。因此，進(jìn)入其家中的人的身份完全暴露于用戶面前。這技術(shù)還允許引入“智慧鎖”和“智慧門(mén)鈴”，通過(guò)使用的攝影機(jī)來(lái)追蹤個(gè)人—適用時(shí)允許他們進(jìn)入和限制訪問(wèn)。

2.照明控制系統(tǒng)—物聯(lián)網(wǎng)意味著家居或辦公環(huán)境的照明將不再依賴于簡(jiǎn)單地開(kāi)關(guān)。利用系統(tǒng)級(jí)晶片功能的感測(cè)器，可獲取用于照明控制的有用資訊。圖像分析有助于檢測(cè)運(yùn)動(dòng)，通過(guò)量測(cè)光照水準(zhǔn)的突然變化，進(jìn)而用于照明控制。物聯(lián)網(wǎng)照明還可用于停車(chē)場(chǎng)—使其更環(huán)保、更安全、更高效能。

3.無(wú)人機(jī)—由于與該設(shè)備相關(guān)聯(lián)的成本顯著降低，目前正見(jiàn)證一個(gè)激增的無(wú)人機(jī)市場(chǎng)。這些有能力完成各種不同任務(wù)的無(wú)人機(jī)，有著合乎要求的成像能力。例如，在農(nóng)業(yè)方面，它們可被用來(lái)查找灌溉基礎(chǔ)設(shè)施的滲漏、或量測(cè)農(nóng)作物及牲畜。它們?cè)跒?zāi)難相關(guān)方面也有令人難以置信的價(jià)值，好比提供地面即時(shí)評(píng)估情況。大量無(wú)人機(jī)現(xiàn)在采用內(nèi)置或附屬的攝影機(jī)，提供空中所拍的所有圖像。它們能在SD卡上儲(chǔ)存圖像，或向行動(dòng)設(shè)備提供現(xiàn)場(chǎng)直播。

圖一

4.遠(yuǎn)端病人監(jiān)控—這是一種在傳統(tǒng)臨床設(shè)施以外監(jiān)測(cè)病人的技術(shù)。這有助于提高護(hù)理水準(zhǔn)，使病人和其家人都能安心。同時(shí)，病人可保持一定程度的自由和獨(dú)立，改善他們的生活品質(zhì)。成像技術(shù)結(jié)合高效能無(wú)線技術(shù)，在此領(lǐng)域帶來(lái)極大的益處。圖像感測(cè)器可進(jìn)行被動(dòng)監(jiān)控，確保目標(biāo)在不同房間移動(dòng)而不只是待在原地不動(dòng)。這可以用一種完全非侵入式的方式進(jìn)行，而不捕獲任何詳細(xì)圖像數(shù)據(jù)，完全清楚此人目前在哪個(gè)房間。在其他應(yīng)用中，可連接到寶寶嬰兒床的攝影機(jī)系統(tǒng)正在開(kāi)發(fā)中，以監(jiān)控寶寶是睡著了還是醒著。先進(jìn)的圖像分析還可用來(lái)監(jiān)控新生兒生命征象。

5.手持設(shè)備—物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)正促進(jìn)包含如微型顯微鏡和光譜儀等功能在內(nèi)的下一代手持設(shè)備的發(fā)展。這顯然開(kāi)發(fā)了成像技術(shù)的多種可能性。例如，這些光譜儀可提供您正在吃的食物之化學(xué)成分。

6.其他應(yīng)用—基本上任何需要定期從遠(yuǎn)端位置獲取成像數(shù)據(jù)、同時(shí)需免去沉重的財(cái)務(wù)投資的應(yīng)用場(chǎng)景，可能需要實(shí)施某種形式的物聯(lián)網(wǎng)。這可能是從工業(yè)控制到野生動(dòng)物種群監(jiān)控、從家用電器到智慧測(cè)量系統(tǒng)的任何應(yīng)用。在這領(lǐng)域安置工作人員去完成這些任務(wù)的費(fèi)用通常過(guò)高而不合理，但通過(guò)物聯(lián)網(wǎng)成像可采取更具成本效益的方法。

影響物聯(lián)網(wǎng)成像部署的動(dòng)態(tài)

過(guò)去幾年的一些發(fā)展將證明物聯(lián)網(wǎng)成像的優(yōu)勢(shì)，并將其納入廣泛的應(yīng)用?，F(xiàn)在生產(chǎn)的圖像感測(cè)器是：

1.更緊密—這使其更易于整合到系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，特別是需考慮空間限制的應(yīng)用。

2.更高解析度—因此能利用先進(jìn)的畫(huà)素技術(shù)獲取更大量的數(shù)據(jù)。

3.提高靈敏度—將提高準(zhǔn)確度。

4.總成本—5年前圖像感測(cè)器的成本在某種程度上只能令人望而卻步，如今制造技術(shù)和工業(yè)的改進(jìn)已讓產(chǎn)品可進(jìn)入標(biāo)價(jià)較低的市場(chǎng)。

通訊標(biāo)準(zhǔn)

在各種物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，部署了大量競(jìng)爭(zhēng)性的通訊協(xié)議。對(duì)有線應(yīng)用，將通過(guò)建立如USB、乙太網(wǎng)等協(xié)議實(shí)施。無(wú)線介面更是一個(gè)合成包—使用如Wi-Fi、Wi-Fi Direct、藍(lán)牙低功耗（BLE）、ZigBee和Z-Wave等協(xié)議，以及新興的Thread（基于802.15.4協(xié)議的新標(biāo)準(zhǔn)，正被Google/Nest等公司推廣）和6LoWPan（基于IP version 6的低速無(wú)線個(gè)域網(wǎng)，也基于802.15.4）等。

圖二

物聯(lián)網(wǎng)世界的最大挑戰(zhàn)之一是互通性—不同供應(yīng)商的設(shè)備交換數(shù)據(jù)和通訊的能力。大多數(shù)情況下，這些設(shè)備絕不會(huì)相互通訊。除了集中控制這些設(shè)備，這還涉及編寫(xiě)特定應(yīng)用程式使設(shè)備一起工作，而絕不單獨(dú)運(yùn)行。解決這此項(xiàng)挑戰(zhàn)是各種定義規(guī)范和測(cè)試程式的標(biāo)準(zhǔn)組織之主要目標(biāo)，以確保設(shè)備間的互通性。2015年至少有四方力量在為帶來(lái)更有秩序的物聯(lián)網(wǎng)世界而努力。這是一項(xiàng)巨大的任務(wù)，具有廣闊的發(fā)展空間。AllSeen聯(lián)盟是一個(gè)致力于支援和推動(dòng)產(chǎn)品、系統(tǒng)和服務(wù)廣泛采納的聯(lián)盟，以開(kāi)放、通用的發(fā)展框架支援互聯(lián)網(wǎng)的一切，由一個(gè)充滿活力的生態(tài)系統(tǒng)和蓬勃發(fā)展的技術(shù)社群支援。它一開(kāi)始作為AllJoyn框架的一部分，現(xiàn)在正通過(guò)其他成員公司的加入而擴(kuò)張。它由巨頭如高通、微軟、SONY和LG等100家會(huì)員公司支援。

開(kāi)放互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（OIC）將是個(gè)開(kāi)放的規(guī)范，任何人都可實(shí)施，便于開(kāi)發(fā)者使用。它將包含知識(shí)產(chǎn)權(quán)保護(hù)和品牌認(rèn)證的設(shè)備（通過(guò)合規(guī)測(cè)試）和服務(wù)水準(zhǔn)的互通性。它由思科、因特爾、聯(lián)發(fā)科和三星等公司支援，約有40家會(huì)員。

工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（IIC）成立于2014年3月，將組織和必要的技術(shù)放到一起，通過(guò)識(shí)別、組裝以加速工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的成長(zhǎng)并促進(jìn)最佳實(shí)踐。會(huì)員包括小型和大型技術(shù)創(chuàng)新者、垂直市場(chǎng)領(lǐng)先者、研究人員、大學(xué)和政府。其成員包括思科、AT&T、英特爾、通用電氣和IBM，目前有超過(guò)100家會(huì)員。

隨著基于視覺(jué)設(shè)備的爆發(fā)，CMOS成像儀已成為現(xiàn)代重要的感測(cè)器。攝影機(jī)可跟蹤人體運(yùn)動(dòng)、檢測(cè)目標(biāo)、識(shí)別人臉、讀取遠(yuǎn)處文字、重建三D場(chǎng)景，甚至可拍攝一個(gè)脈波。

很多情況下，工程師希望向他們的物聯(lián)網(wǎng)中添加一個(gè)圖像傳感維度，如果有以前的經(jīng)驗(yàn)更好。更資深的圖像系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師往往需要配合嚴(yán)格的期限，所以不能投入必要的時(shí)間和資源、從零開(kāi)始開(kāi)發(fā)一個(gè)物聯(lián)網(wǎng)成像系統(tǒng)。因此，采用現(xiàn)成的方案將是可取的。

安森美半導(dǎo)體圖像感測(cè)器部的IoTVDK，其參考設(shè)計(jì)有效地為工程師提供全面的為物聯(lián)網(wǎng)準(zhǔn)備的成像方案。它通過(guò)MicroUSB連接或使用單節(jié)鋰電子電池供電，能通過(guò)WiFi和乙太網(wǎng)通訊介面，以30幀/秒進(jìn)行全解析度視訊串流。此外，它還支援通過(guò)藍(lán)牙（BLE4.0）和移動(dòng)平臺(tái)應(yīng)用程式介面（APIs）進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

這參考設(shè)計(jì)的核心是一個(gè)兩百萬(wàn)畫(huà)素的圖像感測(cè)器AR0230，它還包含一個(gè)Gainspan WiFi模組（支援802.11n）。圖像數(shù)據(jù)的處理通過(guò)采用ARM9核的DM368數(shù)位媒體系統(tǒng)級(jí)晶片（SoC）完成。支援所有3個(gè)主要的云端平臺(tái)（AWS、Azure和Google Cloud）。內(nèi)建的無(wú)源紅外線（PIR）感測(cè)器支援智慧視訊串流，使系統(tǒng)視頻流只在運(yùn)行被檢測(cè)到時(shí)發(fā)生。得益于整合進(jìn)該參考設(shè)計(jì)之功能水準(zhǔn)，為工程師提供支援“框架外”整合的全面的成像方案。

結(jié)語(yǔ)

互聯(lián)網(wǎng)顯然是在人類(lèi)歷史上最強(qiáng)大/有影響力的作品，而物聯(lián)網(wǎng)則是下一步演進(jìn)。我們已看到簡(jiǎn)單卻具突破性的產(chǎn)品完全打破市場(chǎng)。這些產(chǎn)品的核心是智慧和連接的攝影機(jī)，采用先進(jìn)的圖像感測(cè)技術(shù)。改進(jìn)CMOS圖像感測(cè)器的畫(huà)素性能使光靈敏度能等同于CCD圖像感測(cè)器。更小尺寸、更低功耗和低成本的CMOS圖像感測(cè)器采用全新元件類(lèi)，并支援CMOS圖像感測(cè)器在無(wú)數(shù)應(yīng)用中迅速普及。在圖像感測(cè)器技術(shù)的推動(dòng)下，攝影機(jī)讓更多地連接到我們的設(shè)備、汽車(chē)、家居及最重要的人們。CMOS圖像感測(cè)器打開(kāi)了一扇窗，并帶人們進(jìn)入前所未知的生活。