淺析智能化圖像處理技術在5G 時代的應用

王 君，柯 勇，陳夢圓，洪迎秀，王俊賢，柯明爽，夏愚然，林愷發(fā)

（1.廣州南方學院，廣東 廣州 510970；2.廣州恒通智聯(lián)科技有限公司，廣東 廣州 510630）

在這個信息大爆炸的信息時代，科技高速發(fā)展，數(shù)據(jù)量日益龐大?？萍嫉母咚侔l(fā)展造就了數(shù)據(jù)量的不斷增加，數(shù)據(jù)量的不斷增加使智能化圖像處理的發(fā)展出現(xiàn)滯后[1-3]，因為在4G 時代，智能化圖像處理面對日益龐大的數(shù)據(jù)量還不能夠更快、更穩(wěn)定、更高質量地傳輸和處理?，F(xiàn)如今，5G 時代已經來臨，憑借著5G 高數(shù)據(jù)傳輸率、全覆蓋、低延遲、低耗能等優(yōu)良特性，智能化圖像處理可以更快、更穩(wěn)定、更高質量地傳輸和處理數(shù)據(jù)[5-6]，從而打破智能化圖像處理發(fā)展過程中的瓶頸。相信智能化圖像處理和5G 的結合發(fā)展和運用，將會在各個領域進行革新，從而達到提高人類科技水平、造福人類社會的目的。

1 5G 和智能化圖像處理技術

現(xiàn)階段，5G 通信技術的應用與發(fā)展備受關注。第五代移動通信技術（5th generation mobile networks）是最新一代蜂窩移動通信技術，也是繼2G、3G 和4G 之后的技術突破更迭[6-7]。隨著5G 的到來，人們不斷被5G 的各種信息所刷屏，并逐漸了解到5G 的性能目標是高數(shù)據(jù)傳輸率、全覆蓋、低延遲、低耗能、提高系統(tǒng)容量和大規(guī)模設備連接[8]。雖然目前的日常生活中發(fā)現(xiàn)4G 也可以滿足基本需求，但是隨著時代的進步，數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長是絕對的，未來的5～10 年里，4G 的弊端也必然逐漸暴露，從而遠遠不能再滿足人們生活工作中對網(wǎng)絡質量的需求。所以5G 的發(fā)展是大勢所趨，是為了滿足物聯(lián)網(wǎng)時代爆炸式增長的聯(lián)網(wǎng)設備的需求以及大量數(shù)據(jù)的高速傳播而提供堅實的基礎。

智能圖像處理技術也是貫穿于人們的日常生活[9]，它是通過計算機對圖像進行去除噪聲、復原、分割、增強、提取特征等處理方法和技術。圖像處理技術一般區(qū)分為兩大類，分別為模擬圖像處理和數(shù)字圖像處理。其中常見的數(shù)字圖像處理的應用也可以分為兩大類[10-11]：①基礎處理。通過各類算法來加強圖片視覺效果，如降噪、對比度等；各類攝像設備在輸出圖像前的預處理，或者典型的應用，如Photoshop此類軟件等。②內容處理。對圖像內容的分析，常見應用包括臉部檢測與識別（現(xiàn)在很多數(shù)碼相機都包含此功能）、監(jiān)控中人體形態(tài)識別、視頻搜索、電話會議輔助系統(tǒng)、汽車輔助系統(tǒng)（如行人探測、交通標示牌識別）等很多方面，此類應用目前正處于快速成長期。由此可見，圖像處理的應用領域必然涉及人類生活和工作的各方面，包括航空技術、生物醫(yī)學工程、通信工程、工業(yè)、軍事和公安、文化與藝術等。因此必須向智能化、自動化方向發(fā)展，才能在大量的數(shù)據(jù)下也能高效快速處理并及時反饋信息。隨著人類活動范圍的不斷擴大，智能化圖像處理技術的應用領域也將變得十分廣泛。

2 第五代移動通信技術的優(yōu)勢

2.1 5G 網(wǎng)絡通信技術傳輸速度更快

5G 網(wǎng)絡通信技術是當今世界上傳輸速度最快的網(wǎng)絡通信技術。相比于被普遍開發(fā)和應用的4G 網(wǎng)絡通信技術而言，5G 網(wǎng)絡通信技術在傳輸速度方面有著十分明顯的優(yōu)勢，其最高速率達到100 Gbit/s，差不多是4G 網(wǎng)絡的100 倍，其高效率象征著移動端的用戶在使用5G 網(wǎng)絡時，可以在1 s 內完成一部原畫質影片的下載。

2.2 更低的延遲

信息從發(fā)送端口到接收端口所需的響應時長稱為延遲。在4G 時代，4G 的延遲最快為30 ms，而在5G 時代，5G 的延遲最快可以達到1 ms，顯而易見，5G 有著更低的延遲，更低的延遲可以實時為大型多人網(wǎng)絡游戲、遠程控制、無人駕駛、人工智能等提供更高速、更有效率的響應。

2.3 兼容性好延長電池壽命

5G 無線通信技術以原有通信技術為基礎，形成無線網(wǎng)絡技術平臺，涉及到NFC 和BLUETOOTH 等無線技術，兼容性好，使人們在網(wǎng)絡支付過程中更加安全。應用5G 無線網(wǎng)絡時，因存在很多小任務，需要依靠應用程序持續(xù)的運行支持。該狀況下，為實現(xiàn)實時更新，電子郵件會向服務器發(fā)送各類請求信息。5G 技術能夠監(jiān)視運行過程中的電能浪費情況，阻止無效信息，避免損耗過多電量，以延長電池使用周期。這使得當代電子產品的短板——電池續(xù)航得到有效解決，是突破性成就。

2.4 連接設備數(shù)量和種類上的增加

5G 技術可為更多移動端設備同時提供在線服務，增加了連接設備的種類和數(shù)量。未來，5G 的移動端將不止智能手機和筆記本電腦，其范圍可涵蓋各行業(yè)和各個領域的方方面面，如民用游艇、大型貨船、無人駕駛汽車、航空航天的空間站及其他各項公共設備等。

2.5 可持續(xù)發(fā)展

21 世紀，不可再生能源的窮盡是一個不可回避且急需解決的問題，面對這個現(xiàn)實的問題，5G 通過結合新技術來宏觀調控峰值，從根源上減少能源的浪費。結合現(xiàn)實情況，在5G 未來的發(fā)展中，可持續(xù)發(fā)展仍然是其極其重要的發(fā)展領域。

3 智能化圖像處理技術的優(yōu)勢

3.1 多種算法

智能化圖像處理的算法有很多。比如Canny 邊緣檢測算子、Sobel 邊緣算子、Prewitt 邊緣算子、Kirsch 邊緣算子、Laplace 算子、Log 算子等算子，這些算子對于智能化圖像處理有著重要意義，不僅可以濾波、去除噪聲、修復與復原圖像，還可以進行一些更重要的操作。

3.2 實時性

智能化圖像處理技術的實時化是圖像處理的重要優(yōu)勢。利用實時化，該技術通過裝載性能高的智能芯片與數(shù)字圖像處理器，達到快速處理大量移動數(shù)據(jù)的效果。這些數(shù)據(jù)涵蓋各個領域，如實時追蹤目標、智能識別型機器人、遠程控制、人工智能等。

4 智能化圖像處理和5G 相結合發(fā)展的優(yōu)勢

4.1 支持更高的圖像質量

5G 技術在10～30 km 內的無線電頻譜范圍內使用小蜂窩移動通信基站，是一種功耗低的無線通信信號的接入點。由于5G 使用的頻率比4G 高，其可實現(xiàn)高質量、高效率的圖像傳輸。譬如當代智能手機的攝影能力正逐漸向更專業(yè)的影像工具靠攏，這種趨勢是勢不可擋的。當然，與此同時也意味著數(shù)據(jù)量的不斷增大。但是在5G 技術的加持下，5G 高速的信息傳遞能力結合手機硬件技術的更新，人們能夠隨時隨地的創(chuàng)作高質量的素材，通過5G 加8 K/4 K 類似的形式輸出高清內容，將提升在使用手機記錄、創(chuàng)作、分享和欣賞照片以及視頻的過程中的體驗感。這僅僅只是手機方面，類似的，還可以借此推動遠程高清視頻、醫(yī)療教育、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、居家辦公、應急響應等場景下的需求，激發(fā)大眾創(chuàng)作熱情。因此通過5G 移動通信技術可實現(xiàn)更高質量、更高效率的圖像傳輸，使圖像處理技術實現(xiàn)爆發(fā)式的進步，未來發(fā)展不可限量。

4.2 前所未有的高級用戶體驗

信息從發(fā)送到接收所需的響應時長，稱為延遲。大規(guī)模MIMO 陣列天線技術是多輸入多輸出，該技術通過增加天線數(shù)量，進而擴大扇區(qū)的吞吐量和容量密度，大大提升網(wǎng)絡容量，并且也避免了深度衰落引起的時延。這種技術將大幅度提升AR、VR 等智能圖像虛擬技術的體驗，極大地促進遠程醫(yī)學手術、自動駕駛、工業(yè)控制等技術，帶來相應產業(yè)的劇變。低延遲可以為眾多電子產品的用戶群帶來前所未有的高級體驗，享受低延時快速操作，觀看更流暢的畫面，使用更加清晰的畫面質量。

4.3 可持續(xù)發(fā)展

5G 移動通信技術不僅可以快速處理用戶暴增的數(shù)據(jù)量，還能做到綠色、環(huán)保、可持續(xù)與螺旋式上升地發(fā)展。第五代移動通信技術的發(fā)展實現(xiàn)了智能化圖像處理的低成本、高效性。在智能化圖像處理未來的發(fā)展中，可在無人駕駛、通信電網(wǎng)、智能電網(wǎng)監(jiān)測、智能圖像政務等方面降低人力成本，實現(xiàn)智能化圖像處理技術的可持續(xù)發(fā)展。

4.4 多端口連接

5G 連接設備數(shù)量及種類上的增多，使得5G 的移動端將不止于手機、電腦，其范圍可涵蓋各行業(yè)與領域的方方面面，如航運中的大型商用輪船與民用游艇、生活中的智能家居的彩電與家電、航天航空的空間站與軍用直升機以及其他各項公共服務中的多樣化設施等。5G 連接設備數(shù)量及種類上的增多，為獲取和傳輸圖像提供大量的路徑，將有助于智能化圖像處理技術的飛速發(fā)展。

5 智能化圖像處理技術在5G 時代中的應用

在時代更迭中，5G 讓智能化圖像處理技術有了新的發(fā)展。這幫助了人們了解與探索新世界，更激勵科研工作者們不斷深耕科技領域。由于5G 高效傳輸與低延遲的特點，圖像處理的信號獲取更加容易，例如：車輛周邊情況監(jiān)測、道路安全情況實時監(jiān)測、數(shù)據(jù)實時化采集、圖像實時化處理、追蹤犯罪信息、人臉識別等。

在5G 信號全覆蓋的條件之下，特殊車輛的甄別技術有了創(chuàng)新。利用大數(shù)據(jù)，將特殊車輛的行駛路徑合理分析，這些安全措施對于人民、城市、國家乃至世界都有著重大意義。在道路安全方面，智能化圖像處理的應用有無人駕駛與路徑規(guī)劃。其有效利用運營商的路徑規(guī)劃，從根源上保護了乘客的駕駛安全；其使用5G 技術與實時化追蹤技術，在策略性上保證了車輛的行駛安全。

在社會安全方面，智能化的圖像處理技術能夠快速報告災情，航空微信智能識別出形如火災、澇災、地震與泥石流等。以火災為例，2019-01—2019-08，巴西發(fā)生超過7.6 萬起野火災害，過火面積超過80 萬hm2；2019-09—2020 年初，澳大利亞森林火災持續(xù)6 個月，過火面積超過1 000 萬hm2，約10 億只動物死亡；2020-03-30，四川涼山州發(fā)生森林火災。由此可見，林火頻繁發(fā)生帶來的災難讓人觸目驚心，防不勝防，屢見不鮮，給人民群眾帶來巨大的財產損失，加強林火精準防控勢在必行。因此，要將火災苗頭扼殺于搖籃之中，在其惡化之前進行有效干預。這將得益于新興技術——遙感監(jiān)測閾值法，閾值法的原理是假設一個或多個光譜通道的亮度溫度超過預先設定的閾值，那么該像素就是火。在監(jiān)測到異常火點后，系統(tǒng)會定位到粗精度位置的火點。通過國產衛(wèi)星及時捕捉到火災產生的異常高溫信息，并能夠后續(xù)精準定位火場位置，再采用圖像處理合成圖像，運用5G 快速發(fā)送到相關部門進行反饋，為后續(xù)指定應急方案提供了全面的信息。方便政府快速采取有效措施，避免更大的損失。

智能化圖像處理與5G 是當今熱門又流行的兩項技術，二者互相融合發(fā)展，可以為社會帶來進步，促進世界發(fā)展，給人們的生活增添幸福感與科技的體驗感。

6 小結

智能化圖像處理技術與5G 技術的結合發(fā)展與運用，大大降低了相應領域的工作難度，提高了工作效率，事半功倍，使人們受益匪淺。5G 技術對于用戶來說，絕不是網(wǎng)速快了那么簡單。它的各項升級所帶來的變化，足以改變甚至產生多個相關的產業(yè)鏈，同時對我們的社交方式、通訊方式、生活娛樂產生深刻的影響。日后，智能化圖像處理技術和5G技術的結合發(fā)展與運用將根據(jù)人們的需求，在不同的領域里努力鉆研，從而實現(xiàn)新的突破，在更廣闊的領域造福人類與社會。