王 君，柯 勇，陳夢(mèng)圓，洪迎秀，王俊賢，柯明爽，夏愚然，林愷發(fā)

（1.廣州南方學(xué)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(gè)信息大爆炸的信息時(shí)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?yàn)樵?G 時(shí)代，智能化圖像處理面對(duì)日益龐大的數(shù)據(jù)量還不能夠更快、更穩(wěn)定、更高質(zhì)量地傳輸和處理?，F(xiàn)如今，5G 時(shí)代已經(jīng)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(zhì)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(jié)合發(fā)展和運(yùn)用，將會(huì)在各個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行革新，從而達(dá)到提高人類科技水平、造福人類社會(huì)的目的。

1 5G 和智能化圖像處理技術(shù)

現(xiàn)階段，5G 通信技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展備受關(guān)注。第五代移動(dòng)通信技術(shù)（5th generation mobile networks）是最新一代蜂窩移動(dòng)通信技術(shù)，也是繼2G、3G 和4G 之后的技術(shù)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(biāo)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(shè)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(shí)代的進(jìn)步，數(shù)據(jù)的爆發(fā)式增長(zhǎng)是絕對(duì)的，未來的5～10 年里，4G 的弊端也必然逐漸暴露，從而遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能再滿足人們生活工作中對(duì)網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的需求。所以5G 的發(fā)展是大勢(shì)所趨，是為了滿足物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代爆炸式增長(zhǎng)的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的需求以及大量數(shù)據(jù)的高速傳播而提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

智能圖像處理技術(shù)也是貫穿于人們的日常生活[9]，它是通過計(jì)算機(jī)對(duì)圖像進(jìn)行去除噪聲、復(fù)原、分割、增強(qiáng)、提取特征等處理方法和技術(shù)。圖像處理技術(shù)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(yīng)用也可以分為兩大類[10-11]：①基礎(chǔ)處理。通過各類算法來加強(qiáng)圖片視覺效果，如降噪、對(duì)比度等；各類攝像設(shè)備在輸出圖像前的預(yù)處理，或者典型的應(yīng)用，如Photoshop此類軟件等。②內(nèi)容處理。對(duì)圖像內(nèi)容的分析，常見應(yīng)用包括臉部檢測(cè)與識(shí)別（現(xiàn)在很多數(shù)碼相機(jī)都包含此功能）、監(jiān)控中人體形態(tài)識(shí)別、視頻搜索、電話會(huì)議輔助系統(tǒng)、汽車輔助系統(tǒng)（如行人探測(cè)、交通標(biāo)示牌識(shí)別）等很多方面，此類應(yīng)用目前正處于快速成長(zhǎng)期。由此可見，圖像處理的應(yīng)用領(lǐng)域必然涉及人類生活和工作的各方面，包括航空技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程、通信工程、工業(yè)、軍事和公安、文化與藝術(shù)等。因此必須向智能化、自動(dòng)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(shí)反饋信息。隨著人類活動(dòng)范圍的不斷擴(kuò)大，智能化圖像處理技術(shù)的應(yīng)用領(lǐng)域也將變得十分廣泛。

2 第五代移動(dòng)通信技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

2.1 5G 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)傳輸速度更快

5G 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)是當(dāng)今世界上傳輸速度最快的網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)。相比于被普遍開發(fā)和應(yīng)用的4G 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)而言，5G 網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在傳輸速度方面有著十分明顯的優(yōu)勢(shì)，其最高速率達(dá)到100 Gbit/s，差不多是4G 網(wǎng)絡(luò)的100 倍，其高效率象征著移動(dòng)端的用戶在使用5G 網(wǎng)絡(luò)時(shí)，可以在1 s 內(nèi)完成一部原畫質(zhì)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(yīng)時(shí)長(zhǎng)稱為延遲。在4G 時(shí)代，4G 的延遲最快為30 ms，而在5G 時(shí)代，5G 的延遲最快可以達(dá)到1 ms，顯而易見，5G 有著更低的延遲，更低的延遲可以實(shí)時(shí)為大型多人網(wǎng)絡(luò)游戲、遠(yuǎn)程控制、無人駕駛、人工智能等提供更高速、更有效率的響應(yīng)。

2.3 兼容性好延長(zhǎng)電池壽命

5G 無線通信技術(shù)以原有通信技術(shù)為基礎(chǔ)，形成無線網(wǎng)絡(luò)技術(shù)平臺(tái)，涉及到NFC 和BLUETOOTH 等無線技術(shù)，兼容性好，使人們?cè)诰W(wǎng)絡(luò)支付過程中更加安全。應(yīng)用5G 無線網(wǎng)絡(luò)時(shí)，因存在很多小任務(wù)，需要依靠應(yīng)用程序持續(xù)的運(yùn)行支持。該狀況下，為實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)更新，電子郵件會(huì)向服務(wù)器發(fā)送各類請(qǐng)求信息。5G 技術(shù)能夠監(jiān)視運(yùn)行過程中的電能浪費(fèi)情況，阻止無效信息，避免損耗過多電量，以延長(zhǎng)電池使用周期。這使得當(dāng)代電子產(chǎn)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(shè)備數(shù)量和種類上的增加

5G 技術(shù)可為更多移動(dòng)端設(shè)備同時(shí)提供在線服務(wù)，增加了連接設(shè)備的種類和數(shù)量。未來，5G 的移動(dòng)端將不止智能手機(jī)和筆記本電腦，其范圍可涵蓋各行業(yè)和各個(gè)領(lǐng)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(xiàng)公共設(shè)備等。

2.5 可持續(xù)發(fā)展

21 世紀(jì)，不可再生能源的窮盡是一個(gè)不可回避且急需解決的問題，面對(duì)這個(gè)現(xiàn)實(shí)的問題，5G 通過結(jié)合新技術(shù)來宏觀調(diào)控峰值，從根源上減少能源的浪費(fèi)。結(jié)合現(xiàn)實(shí)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(lǐng)域。

3 智能化圖像處理技術(shù)的優(yōu)勢(shì)

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(cè)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(duì)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(fù)與復(fù)原圖像，還可以進(jìn)行一些更重要的操作。

3.2 實(shí)時(shí)性

智能化圖像處理技術(shù)的實(shí)時(shí)化是圖像處理的重要優(yōu)勢(shì)。利用實(shí)時(shí)化，該技術(shù)通過裝載性能高的智能芯片與數(shù)字圖像處理器，達(dá)到快速處理大量移動(dòng)數(shù)據(jù)的效果。這些數(shù)據(jù)涵蓋各個(gè)領(lǐng)域，如實(shí)時(shí)追蹤目標(biāo)、智能識(shí)別型機(jī)器人、遠(yuǎn)程控制、人工智能等。

4 智能化圖像處理和5G 相結(jié)合發(fā)展的優(yōu)勢(shì)

4.1 支持更高的圖像質(zhì)量

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

4.2 前所未有的高級(jí)用戶體驗(yàn)

信息從發(fā)送到接收所需的響應(yīng)時(shí)長(zhǎng)，稱為延遲。大規(guī)模MIMO 陣列天線技術(shù)是多輸入多輸出，該技術(shù)通過增加天線數(shù)量，進(jìn)而擴(kuò)大扇區(qū)的吞吐量和容量密度，大大提升網(wǎng)絡(luò)容量，并且也避免了深度衰落引起的時(shí)延。這種技術(shù)將大幅度提升AR、VR 等智能圖像虛擬技術(shù)的體驗(yàn)，極大地促進(jìn)遠(yuǎn)程醫(yī)學(xué)手術(shù)、自動(dòng)駕駛、工業(yè)控制等技術(shù)，帶來相應(yīng)產(chǎn)業(yè)的劇變。低延遲可以為眾多電子產(chǎn)品的用戶群帶來前所未有的高級(jí)體驗(yàn)，享受低延時(shí)快速操作，觀看更流暢的畫面，使用更加清晰的畫面質(zhì)量。

4.3 可持續(xù)發(fā)展

5G 移動(dòng)通信技術(shù)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(dòng)通信技術(shù)的發(fā)展實(shí)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(cè)、智能圖像政務(wù)等方面降低人力成本，實(shí)現(xiàn)智能化圖像處理技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。

4.4 多端口連接

5G 連接設(shè)備數(shù)量及種類上的增多，使得5G 的移動(dòng)端將不止于手機(jī)、電腦，其范圍可涵蓋各行業(yè)與領(lǐng)域的方方面面，如航運(yùn)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(jī)以及其他各項(xiàng)公共服務(wù)中的多樣化設(shè)施等。5G 連接設(shè)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(shù)的飛速發(fā)展。

5 智能化圖像處理技術(shù)在5G 時(shí)代中的應(yīng)用

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

在5G 信號(hào)全覆蓋的條件之下，特殊車輛的甄別技術(shù)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(duì)于人民、城市、國(guó)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(yīng)用有無人駕駛與路徑規(guī)劃。其有效利用運(yùn)營(yíng)商的路徑規(guī)劃，從根源上保護(hù)了乘客的駕駛安全；其使用5G 技術(shù)與實(shí)時(shí)化追蹤技術(shù)，在策略性上保證了車輛的行駛安全。

在社會(huì)安全方面，智能化的圖像處理技術(shù)能夠快速報(bào)告災(zāi)情，航空微信智能識(shí)別出形如火災(zāi)、澇災(zāi)、地震與泥石流等。以火災(zāi)為例，2019-01—2019-08，巴西發(fā)生超過7.6 萬起野火災(zāi)害，過火面積超過80 萬hm2；2019-09—2020 年初，澳大利亞森林火災(zāi)持續(xù)6 個(gè)月，過火面積超過1 000 萬hm2，約10 億只動(dòng)物死亡；2020-03-30，四川涼山州發(fā)生森林火災(zāi)。由此可見，林火頻繁發(fā)生帶來的災(zāi)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(cái)產(chǎn)損失，加強(qiáng)林火精準(zhǔn)防控勢(shì)在必行。因此，要將火災(zāi)苗頭扼殺于搖籃之中，在其惡化之前進(jìn)行有效干預(yù)。這將得益于新興技術(shù)——遙感監(jiān)測(cè)閾值法，閾值法的原理是假設(shè)一個(gè)或多個(gè)光譜通道的亮度溫度超過預(yù)先設(shè)定的閾值，那么該像素就是火。在監(jiān)測(cè)到異常火點(diǎn)后，系統(tǒng)會(huì)定位到粗精度位置的火點(diǎn)。通過國(guó)產(chǎn)衛(wèi)星及時(shí)捕捉到火災(zāi)產(chǎn)生的異常高溫信息，并能夠后續(xù)精準(zhǔn)定位火場(chǎng)位置，再采用圖像處理合成圖像，運(yùn)用5G 快速發(fā)送到相關(guān)部門進(jìn)行反饋，為后續(xù)指定應(yīng)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(dāng)今熱門又流行的兩項(xiàng)技術(shù)，二者互相融合發(fā)展，可以為社會(huì)帶來進(jìn)步，促進(jìn)世界發(fā)展，給人們的生活增添幸福感與科技的體驗(yàn)感。

6 小結(jié)

智能化圖像處理技術(shù)與5G 技術(shù)的結(jié)合發(fā)展與運(yùn)用，大大降低了相應(yīng)領(lǐng)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(shù)對(duì)于用戶來說，絕不是網(wǎng)速快了那么簡(jiǎn)單。它的各項(xiàng)升級(jí)所帶來的變化，足以改變甚至產(chǎn)生多個(gè)相關(guān)的產(chǎn)業(yè)鏈，同時(shí)對(duì)我們的社交方式、通訊方式、生活?yuàn)蕵樊a(chǎn)生深刻的影響。日后，智能化圖像處理技術(shù)和5G技術(shù)的結(jié)合發(fā)展與運(yùn)用將根據(jù)人們的需求，在不同的領(lǐng)域里努力鉆研，從而實(shí)現(xiàn)新的突破，在更廣闊的領(lǐng)域造福人類與社會(huì)。