浅析智能化图像处理技术在5G 时代的应用

王 君，柯 勇，陈梦圆，洪迎秀，王俊贤，柯明爽，夏愚然，林恺发

（1.广州南方学院，广东 广州 510970；2.广州恒通智联科技有限公司，广东 广州 510630）

在这个信息大爆炸的信息时代，科技高速发展，数据量日益庞大。科技的高速发展造就了数据量的不断增加，数据量的不断增加使智能化图像处理的发展出现滞后[1-3]，因为在4G 时代，智能化图像处理面对日益庞大的数据量还不能够更快、更稳定、更高质量地传输和处理。现如今，5G 时代已经来临，凭借着5G 高数据传输率、全覆盖、低延迟、低耗能等优良特性，智能化图像处理可以更快、更稳定、更高质量地传输和处理数据[5-6]，从而打破智能化图像处理发展过程中的瓶颈。相信智能化图像处理和5G 的结合发展和运用，将会在各个领域进行革新，从而达到提高人类科技水平、造福人类社会的目的。

1 5G 和智能化图像处理技术

现阶段，5G 通信技术的应用与发展备受关注。第五代移动通信技术（5th generation mobile networks）是最新一代蜂窝移动通信技术，也是继2G、3G 和4G 之后的技术突破更迭[6-7]。随着5G 的到来，人们不断被5G 的各种信息所刷屏，并逐渐了解到5G 的性能目标是高数据传输率、全覆盖、低延迟、低耗能、提高系统容量和大规模设备连接[8]。虽然目前的日常生活中发现4G 也可以满足基本需求，但是随着时代的进步，数据的爆发式增长是绝对的，未来的5～10 年里，4G 的弊端也必然逐渐暴露，从而远远不能再满足人们生活工作中对网络质量的需求。所以5G 的发展是大势所趋，是为了满足物联网时代爆炸式增长的联网设备的需求以及大量数据的高速传播而提供坚实的基础。

智能图像处理技术也是贯穿于人们的日常生活[9]，它是通过计算机对图像进行去除噪声、复原、分割、增强、提取特征等处理方法和技术。图像处理技术一般区分为两大类，分别为模拟图像处理和数字图像处理。其中常见的数字图像处理的应用也可以分为两大类[10-11]：①基础处理。通过各类算法来加强图片视觉效果，如降噪、对比度等；各类摄像设备在输出图像前的预处理，或者典型的应用，如Photoshop此类软件等。②内容处理。对图像内容的分析，常见应用包括脸部检测与识别（现在很多数码相机都包含此功能）、监控中人体形态识别、视频搜索、电话会议辅助系统、汽车辅助系统（如行人探测、交通标示牌识别）等很多方面，此类应用目前正处于快速成长期。由此可见，图像处理的应用领域必然涉及人类生活和工作的各方面，包括航空技术、生物医学工程、通信工程、工业、军事和公安、文化与艺术等。因此必须向智能化、自动化方向发展，才能在大量的数据下也能高效快速处理并及时反馈信息。随着人类活动范围的不断扩大，智能化图像处理技术的应用领域也将变得十分广泛。

2 第五代移动通信技术的优势

2.1 5G 网络通信技术传输速度更快

5G 网络通信技术是当今世界上传输速度最快的网络通信技术。相比于被普遍开发和应用的4G 网络通信技术而言，5G 网络通信技术在传输速度方面有着十分明显的优势，其最高速率达到100 Gbit/s，差不多是4G 网络的100 倍，其高效率象征着移动端的用户在使用5G 网络时，可以在1 s 内完成一部原画质影片的下载。

2.2 更低的延迟

信息从发送端口到接收端口所需的响应时长称为延迟。在4G 时代，4G 的延迟最快为30 ms，而在5G 时代，5G 的延迟最快可以达到1 ms，显而易见，5G 有着更低的延迟，更低的延迟可以实时为大型多人网络游戏、远程控制、无人驾驶、人工智能等提供更高速、更有效率的响应。

2.3 兼容性好延长电池寿命

5G 无线通信技术以原有通信技术为基础，形成无线网络技术平台，涉及到NFC 和BLUETOOTH 等无线技术，兼容性好，使人们在网络支付过程中更加安全。应用5G 无线网络时，因存在很多小任务，需要依靠应用程序持续的运行支持。该状况下，为实现实时更新，电子邮件会向服务器发送各类请求信息。5G 技术能够监视运行过程中的电能浪费情况，阻止无效信息，避免损耗过多电量，以延长电池使用周期。这使得当代电子产品的短板——电池续航得到有效解决，是突破性成就。

2.4 连接设备数量和种类上的增加

5G 技术可为更多移动端设备同时提供在线服务，增加了连接设备的种类和数量。未来，5G 的移动端将不止智能手机和笔记本电脑，其范围可涵盖各行业和各个领域的方方面面，如民用游艇、大型货船、无人驾驶汽车、航空航天的空间站及其他各项公共设备等。

2.5 可持续发展

21 世纪，不可再生能源的穷尽是一个不可回避且急需解决的问题，面对这个现实的问题，5G 通过结合新技术来宏观调控峰值，从根源上减少能源的浪费。结合现实情况，在5G 未来的发展中，可持续发展仍然是其极其重要的发展领域。

3 智能化图像处理技术的优势

3.1 多种算法

智能化图像处理的算法有很多。比如Canny 边缘检测算子、Sobel 边缘算子、Prewitt 边缘算子、Kirsch 边缘算子、Laplace 算子、Log 算子等算子，这些算子对于智能化图像处理有着重要意义，不仅可以滤波、去除噪声、修复与复原图像，还可以进行一些更重要的操作。

3.2 实时性

智能化图像处理技术的实时化是图像处理的重要优势。利用实时化，该技术通过装载性能高的智能芯片与数字图像处理器，达到快速处理大量移动数据的效果。这些数据涵盖各个领域，如实时追踪目标、智能识别型机器人、远程控制、人工智能等。

4 智能化图像处理和5G 相结合发展的优势

4.1 支持更高的图像质量

5G 技术在10～30 km 内的无线电频谱范围内使用小蜂窝移动通信基站，是一种功耗低的无线通信信号的接入点。由于5G 使用的频率比4G 高，其可实现高质量、高效率的图像传输。譬如当代智能手机的摄影能力正逐渐向更专业的影像工具靠拢，这种趋势是势不可挡的。当然，与此同时也意味着数据量的不断增大。但是在5G 技术的加持下，5G 高速的信息传递能力结合手机硬件技术的更新，人们能够随时随地的创作高质量的素材，通过5G 加8 K/4 K 类似的形式输出高清内容，将提升在使用手机记录、创作、分享和欣赏照片以及视频的过程中的体验感。这仅仅只是手机方面，类似的，还可以借此推动远程高清视频、医疗教育、工业互联网、居家办公、应急响应等场景下的需求，激发大众创作热情。因此通过5G 移动通信技术可实现更高质量、更高效率的图像传输，使图像处理技术实现爆发式的进步，未来发展不可限量。

4.2 前所未有的高级用户体验

信息从发送到接收所需的响应时长，称为延迟。大规模MIMO 阵列天线技术是多输入多输出，该技术通过增加天线数量，进而扩大扇区的吞吐量和容量密度，大大提升网络容量，并且也避免了深度衰落引起的时延。这种技术将大幅度提升AR、VR 等智能图像虚拟技术的体验，极大地促进远程医学手术、自动驾驶、工业控制等技术，带来相应产业的剧变。低延迟可以为众多电子产品的用户群带来前所未有的高级体验，享受低延时快速操作，观看更流畅的画面，使用更加清晰的画面质量。

4.3 可持续发展

5G 移动通信技术不仅可以快速处理用户暴增的数据量，还能做到绿色、环保、可持续与螺旋式上升地发展。第五代移动通信技术的发展实现了智能化图像处理的低成本、高效性。在智能化图像处理未来的发展中，可在无人驾驶、通信电网、智能电网监测、智能图像政务等方面降低人力成本，实现智能化图像处理技术的可持续发展。

4.4 多端口连接

5G 连接设备数量及种类上的增多，使得5G 的移动端将不止于手机、电脑，其范围可涵盖各行业与领域的方方面面，如航运中的大型商用轮船与民用游艇、生活中的智能家居的彩电与家电、航天航空的空间站与军用直升机以及其他各项公共服务中的多样化设施等。5G 连接设备数量及种类上的增多，为获取和传输图像提供大量的路径，将有助于智能化图像处理技术的飞速发展。

5 智能化图像处理技术在5G 时代中的应用

在时代更迭中，5G 让智能化图像处理技术有了新的发展。这帮助了人们了解与探索新世界，更激励科研工作者们不断深耕科技领域。由于5G 高效传输与低延迟的特点，图像处理的信号获取更加容易，例如：车辆周边情况监测、道路安全情况实时监测、数据实时化采集、图像实时化处理、追踪犯罪信息、人脸识别等。

在5G 信号全覆盖的条件之下，特殊车辆的甄别技术有了创新。利用大数据，将特殊车辆的行驶路径合理分析，这些安全措施对于人民、城市、国家乃至世界都有着重大意义。在道路安全方面，智能化图像处理的应用有无人驾驶与路径规划。其有效利用运营商的路径规划，从根源上保护了乘客的驾驶安全；其使用5G 技术与实时化追踪技术，在策略性上保证了车辆的行驶安全。

在社会安全方面，智能化的图像处理技术能够快速报告灾情，航空微信智能识别出形如火灾、涝灾、地震与泥石流等。以火灾为例，2019-01—2019-08，巴西发生超过7.6 万起野火灾害，过火面积超过80 万hm2；2019-09—2020 年初，澳大利亚森林火灾持续6 个月，过火面积超过1 000 万hm2，约10 亿只动物死亡；2020-03-30，四川凉山州发生森林火灾。由此可见，林火频繁发生带来的灾难让人触目惊心，防不胜防，屡见不鲜，给人民群众带来巨大的财产损失，加强林火精准防控势在必行。因此，要将火灾苗头扼杀于摇篮之中，在其恶化之前进行有效干预。这将得益于新兴技术——遥感监测阈值法，阈值法的原理是假设一个或多个光谱通道的亮度温度超过预先设定的阈值，那么该像素就是火。在监测到异常火点后，系统会定位到粗精度位置的火点。通过国产卫星及时捕捉到火灾产生的异常高温信息，并能够后续精准定位火场位置，再采用图像处理合成图像，运用5G 快速发送到相关部门进行反馈，为后续指定应急方案提供了全面的信息。方便政府快速采取有效措施，避免更大的损失。

智能化图像处理与5G 是当今热门又流行的两项技术，二者互相融合发展，可以为社会带来进步，促进世界发展，给人们的生活增添幸福感与科技的体验感。

6 小结

智能化图像处理技术与5G 技术的结合发展与运用，大大降低了相应领域的工作难度，提高了工作效率，事半功倍，使人们受益匪浅。5G 技术对于用户来说，绝不是网速快了那么简单。它的各项升级所带来的变化，足以改变甚至产生多个相关的产业链，同时对我们的社交方式、通讯方式、生活娱乐产生深刻的影响。日后，智能化图像处理技术和5G技术的结合发展与运用将根据人们的需求，在不同的领域里努力钻研，从而实现新的突破，在更广阔的领域造福人类与社会。