從布建智慧城市的安防監控與警政維安，到智慧工廠的機械手臂、機械視覺等各種高階影像應用，都屬於電腦視覺與智慧影像分析的產業範疇。而隨著近期Google大力投入無人車與自動駕駛，輝達(NVIDIA)積極導入智慧農耕機，與各種來自醫療、交通等不同垂直市場的智慧影像需求，高階影像分析在各個產業擴大應用，均促使著影像設備市場大幅成長。
未來將更強調其特徵辨識、動作辨識等機器視覺功能，並持續邁向高度智慧化、數位化、網路化，甚至雲端化的階段。
影像掉格待解 數據運算正確性存疑
目前智慧化的最大挑戰仍在於軟體與硬體整合。面對安全監控智慧化，以及智慧工廠的影像分析需求，許多相關的應用軟體與資料分析技術相繼被開發，然而無論大型或小型的運算系統，最終都必須面對儲存空間、系統速度以及散熱等來自硬體的限制，其中又屬資料遺失的問題最為嚴重。由於數據不完整將會嚴重影響分析結果，因此如何完整保存巨量原始影像資料，提供大數據分析正確結果，並建置優化硬體以滿足計算量與吞吐量大的運算需求，早已成為人工智慧(AI)發展的重要課題。
影像掉格(Frame Loss)是目前普遍存在卻常被忽略的技術難題，小至一般行車紀錄器，大至許多自動化工廠、國防等高階影像設備應用，都難避免發生影像掉格。在一般消費性市場中，多數人對影像掉格問題並不在意，但就智慧城市與智慧工廠而言，如應用在犯罪防治的影像辨識或機械手臂內的機器視覺設備，任何微小的影像掉格問題都將導致錯誤的分析結果。
無法解決影像掉格，不僅可能造成社會安全漏洞，後果與損失更難以估算。例如隨著大數據分析與AI發展，未來智慧城市中的交通號誌系統，將依照車流與人流量進行智慧運算，一旦影像掉格，即使只有一秒鐘，也可能導致交通號誌大亂與意外事故發生。
由上述可見，任何影像分析技術發展勢必奠基於原始資料庫的完整性，才能發揮綜效。唯有高品質的數據才能讓運算價值最大化，而嵌入式設備的數據關鍵裝置就是儲存元件，因此要強化系統效能必須從此處著手。
SSD系統自主降速反應 成影像掉格主因
為解決影像掉格的問題，有業者與國外設備業者進行合作，希望能探究影像掉格發生的原因，其中宜鼎國際與美國設備業者研究後發現，系統的自主降速反應常連帶影響到影像寫入品質。
利用固態硬碟(SSD)作為影像寫入的儲存裝置，無論在效能與速度表現上，都是傳統硬碟(HDD)無法望其項背的，因此SSD已成為高階影像處理與智慧化發展主要儲存載體。SSD與HDD的結構不同，為了持續重整資料並釋放空間，SSD系統必須透過耗損平均技術(Wear Leveling)、垃圾回收(Garbage Collection)以及裁切指令(TRIM)來持續優化系統效能。
透過耗損平均技術，可以讓資料的讀寫盡可能平均分布在各SSD的儲存單元，增加SSD的使用壽命。而所謂的垃圾回收，就是在一般標準的SSD中，為了持續釋放儲存空間以加速系統處理資料，不斷進行後端的資料辨識並搬移的過程。裁切指令則是幫助系統在執行垃圾回收作業時，提前標示出準備刪除的檔案，避免無意義的資料搬移，減少不必要的作業損耗，進而改善SSD的工作程序。
以上三種工作都會在寫入資料的過程中，不斷執行以優化系統效能，然而在資料不斷搬移的過程中，系統亦須暫時降低速度以維持正常運行。換句話說，當SSD在同步執行多種工作時，耗費的系統資源會造成速度不穩定的結果。以往這種自主性的系統暫時降速，對於一般非連續寫入的SSD並不會造成太大影響，但是對於必須執行連續寫入的儲存載體，如錄影設備等，這樣的系統自主降速反應，卻是造成資料缺失也就是影像掉格的主因。
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| 圖1 SSD系統連續寫入速度不穩將造成影像掉格。 |
圖1便顯示出，SSD在執行連續寫入的過程中，系統降速的頻率與降速的幅度，可能在短短5秒內就由正常速度425MB/s降至150MB/s，連續寫入速度不穩，也進而導致影像掉格問題產生。
韌體技術優化 改善SSD系統降速問題
在發現影像掉格的原因後，便有團隊針對連續寫入的儲存設備，如錄影監視器、機器視覺設備等，優化其韌體，使系統維持穩定與高水準的寫入速度，避免影像掉格問題產生，如國內業者開發的RECLine技術，主要功能即在於針對耗損平均技術、垃圾回收以及裁切指令等容易干擾資料儲存的項目，重新進行工作分配。
透過韌體優化，系統可在極短時間內辨識工作處理的優先順序，並下達指令調整資料搬移的頻率，減少後端工作對於連續資料寫入的干擾，因此可以大幅減少系統不穩定的降速情形，使影像設備維持高水準的連續寫入速度，維持影像品質(圖2、圖3)。
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| 圖2 透過韌體優化調整垃圾回收、耗損平均技術以及裁切指令的工作頻率，可有效避免任何資料錄製干擾，使SSD能完整保存連續寫入的資料。 |
面對AI與物聯網的崛起，市面上也已有業者推出多種韌體技術以確保嵌入式設備資料的品質與效能，如iData Guard資料守衛技術可在突然斷電的情況下確保資料安全，當SSD偵測到電源不穩或是供電瓦數不足等惡劣情況時，就會立即中斷來自系統的讀寫命令，防止資料遺失；iCell技術可即時提供SSD所需要的電力，確保最後一筆資料能夠完整地被寫回儲存裝置內，以多重防護技術提供安全監控系統最優化的影像儲存品質。
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| 圖3 韌體技術使系統維持高水準的連續寫入速度，解決影像掉格問題。 |
邁向智慧化城市 自動化管理成趨勢
智慧工廠的發展，驅動了各個層面的智慧化，從設備、連接到管理端，產品功能不再僅限於資料擷取與儲存，還必須更進一步延伸其AI能力，才能在物聯時代強化競爭力。因此包含儲存設備、資料串連與乙太網路(Ethernet)解決方案以及後台的設備監控管理等，都將邁入全面升級的新階段。
除了在儲存載體搭載各種專業智慧化韌體，各種高規格周邊外接設備也能因應不同需求，例如監控攝影機經常暴露在各式各樣的惡劣環境中，布線常受環境、雜訊干擾，因而影響資料的完整度，而利用乙太網路供電(PoE)擴充卡同時傳輸電源與網路訊號，則可簡化布線問題並提高傳輸速度。
在設備管理方面，未來的智慧城市與智慧工廠，動輒配置千萬台設備並遍及不同地區，為簡化作業流程並節省維護成本，自動化管理將成大勢所趨。市場上已有業者推出智慧雲端管理平台，整合預測、狀態監控以及遠端控制等功能，在發生異常的第一時間就偵測與主動警示，並預測設備耗損，以減輕系統管理的人力負荷，實現高度軟硬整合。在智慧工廠與智慧城市的發展驅動下，雲端管理平台將成為未來工業相當倚重的應用項目，並成為工業4.0與自動化管理的重要一環。
(本文作者為宜鼎國際工控Flash事業處資深協理)