Edge AI Computing
เทคโนโลยี Edge AI เป็นการนำปัญญาประดิษฐ์มาประมวลผลโดยตรงบนอุปกรณ์ในพื้นที่ (Edge Device) ช่วยลดความล่าช้าในการตอบสนอง เพิ่มความปลอดภัยของข้อมูล และสามารถทำงานได้แม้ไม่มีการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต สำหรับระบบ GaugeSnap เราใช้ Edge AI ในการประมวลผลภาพและการวิเคราะห์ข้อมูลแบบ Real-time
Edge AI คืออะไร?
Edge AI คือการนำเทคโนโลยีปัญญาประดิษฐ์มาประมวลผลโดยตรงบนอุปกรณ์ในพื้นที่ (Edge Device) แทนที่จะต้องส่งข้อมูลไปประมวลผลที่ Cloud Server ระยะไกล ทำให้ได้ประสิทธิภาพที่เหนือกว่าในด้านความเร็ว ความปลอดภัย และความเชื่อถือได้
สำหรับระบบ GaugeSnap เราใช้เทคโนโลยี Edge AI ในการประมวลผลภาพจากกล้องถ่ายภาพมิเตอร์ ทำให้สามารถวิเคราะห์และอ่านค่าได้ทันทีแบบ Real-time โดยไม่ต้องพึ่งพาการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต หรือส่งข้อมูลออกจากพื้นที่
ข้อดีเด่นของ Edge AI
-
Ultra-Low Latency: ลดความล่าช้าจากการส่งข้อมูลไป-กลับ ให้การตอบสนองเร็วกว่า 10 เท่า
-
Maximum Privacy: ข้อมูลไม่ต้องออกจากอุปกรณ์ รักษาความเป็นส่วนตัวและความปลอดภัย 100%
-
Offline Capability: ทำงานได้แม้ไม่มีอินเทอร์เน็ต เหมาะสำหรับพื้นที่ห่างไกลหรือเครือข่ายไม่เสถียร
- Cost Effective: ลดค่าใช้จ่าย bandwidth และ cloud
การใช้งานใน Gauge Reading
- Real-time gauge reading บนสมาร์ทโฟน
- IoT sensor nodes ในโรงงาน
- Embedded systems ในอุปกรณ์วัด
Edge vs Cloud AI
Edge AI
Cloud AI
Hardware สำหรับ Edge AI
อุปกรณ์และชิปประมวลผลที่ใช้ใน Edge AI
Mobile Processors
Apple A-Series
- • Neural Engine (16 TOPS)
- • Core ML optimization
- • Energy efficient
Qualcomm Snapdragon
- • Hexagon DSP
- • AI Engine (15 TOPS)
- • NNAPI support
Edge Computing Boards
NVIDIA Jetson
- • GPU acceleration (5-170 TOPS)
- • CUDA support
- • TensorRT optimization
Google Coral
- • Edge TPU (4 TOPS)
- • TensorFlow Lite
- • Low power (2W)
Dedicated AI Chips
Intel Movidius
- • VPU architecture
- • Ultra low power (1W)
- • OpenVINO toolkit
Hailo AI Chips
- • Dataflow architecture
- • High efficiency (26 TOPS/W)
- • Automotive grade
Software Stack สำหรับ Edge AI
เครื่องมือและ Framework สำหรับพัฒนา Edge AI
Inference Frameworks
TensorFlow Lite
Framework ที่ปรับแต่งสำหรับอุปกรณ์มือถือและ IoT devices
ONNX Runtime
Cross-platform inference engine รองรับโมเดลจากหลาย framework
OpenVINO
Intel's toolkit สำหรับ optimize และ deploy AI models
การปรับแต่งโมเดล
Quantization
ลดขนาดโมเดลโดยการใช้ precision ที่ต่ำลง
Pruning
ตัดการเชื่อมต่อที่ไม่สำคัญออกจากโมเดล
- • Structured pruning: ตัดทั้ง channel/layer
- • Unstructured pruning: ตัด weight ทีละตัว
- • Magnitude-based pruning: ตัดตาม weight size
Knowledge Distillation
ฝึกโมเดลเล็กให้เลียนแบบโมเดลใหญ่
Performance Comparison
การใช้งาน Edge AI ใน Gauge Reading
ตัวอย่างการ implement Edge AI สำหรับอ่านเกจ
Mobile App Implementation
การใช้ Edge AI บนสมาร์ทโฟนสำหรับอ่านเกจแบบ real-time
Architecture
- 1. Camera capture (30 FPS)
- 2. Frame preprocessing
- 3. Edge AI inference
- 4. Result visualization
- 5. Local data storage
Performance
Benefits
- • ไม่ต้องใช้อินเทอร์เน็ต
- • ข้อมูลไม่ออกจากอุปกรณ์
- • Real-time feedback
- • ค่าใช้จ่ายต่ำ
IoT Device Implementation
การใช้ Edge AI บน IoT gateway สำหรับโรงงานอุตสาหกรรม
System Design
- 1. Multiple camera inputs
- 2. Edge AI processing
- 3. Local anomaly detection
- 4. Alert generation
- 5. Data aggregation
Hardware Specs
Cost Savings
- • Bandwidth: 90% reduction
- • Cloud cost: $500/month → $50
- • Latency: 500ms → 10ms
- • Reliability: 99.9% uptime
ตัวอย่างโค้ด Edge AI
การใช้ TensorFlow Lite สำหรับ gauge reading บนมือถือ
# Edge AI Gauge Reader - TensorFlow Lite
import tensorflow as tf
import numpy as np
import cv2
class EdgeGaugeReader:
def __init__(self, model_path):
# Load TensorFlow Lite model
self.interpreter = tf.lite.Interpreter(model_path=model_path)
self.interpreter.allocate_tensors()
# Get input and output details
self.input_details = self.interpreter.get_input_details()
self.output_details = self.interpreter.get_output_details()
# Input shape for preprocessing
self.input_shape = self.input_details[0]['shape']
self.input_dtype = self.input_details[0]['dtype']
def preprocess_image(self, image):
"""Preprocess image for model input"""
# Resize to model input size
height, width = self.input_shape[1:3]
image = cv2.resize(image, (width, height))
# Normalize pixel values
if self.input_dtype == np.uint8:
# Quantized model expects uint8
image = image.astype(np.uint8)
else:
# Float model expects normalized values
image = image.astype(np.float32) / 255.0
# Add batch dimension
image = np.expand_dims(image, axis=0)
return image
def predict(self, image):
"""Run inference on preprocessed image"""
# Preprocess input
input_data = self.preprocess_image(image)
# Set input tensor
self.interpreter.set_tensor(
self.input_details[0]['index'],
input_data
)
# Run inference
self.interpreter.invoke()
# Get outputs
detection_boxes = self.interpreter.get_tensor(
self.output_details[0]['index']
)[0]
detection_classes = self.interpreter.get_tensor(
self.output_details[1]['index']
)[0]
detection_scores = self.interpreter.get_tensor(
self.output_details[2]['index']
)[0]
ocr_text = self.interpreter.get_tensor(
self.output_details[3]['index']
)[0]
return {
'boxes': detection_boxes,
'classes': detection_classes,
'scores': detection_scores,
'text': ocr_text
}
def read_gauge(self, image, confidence_threshold=0.5):
"""Extract gauge reading from image"""
results = self.predict(image)
# Filter by confidence
valid_detections = results['scores'] > confidence_threshold
if not np.any(valid_detections):
return None
# Get best detection
best_idx = np.argmax(results['scores'])
if results['scores'][best_idx] < confidence_threshold:
return None
# Extract reading from OCR text
reading_text = results['text'][best_idx].decode('utf-8')
try:
# Parse numeric value
reading_value = float(reading_text.strip())
return {
'value': reading_value,
'text': reading_text,
'confidence': float(results['scores'][best_idx]),
'bbox': results['boxes'][best_idx].tolist()
}
except ValueError:
return None
# Usage example
def main():
# Initialize edge AI model
model_path = "gauge_reader_quantized.tflite"
gauge_reader = EdgeGaugeReader(model_path)
# Initialize camera
cap = cv2.VideoCapture(0)
while True:
ret, frame = cap.read()
if not ret:
break
# Read gauge value
result = gauge_reader.read_gauge(frame)
if result:
# Display result
value = result['value']
confidence = result['confidence']
cv2.putText(frame, f"Reading: {value:.2f}",
(10, 30), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,
1, (0, 255, 0), 2)
cv2.putText(frame, f"Confidence: {confidence:.2f}",
(10, 70), cv2.FONT_HERSHEY_SIMPLEX,
1, (0, 255, 0), 2)
# Draw bounding box
bbox = result['bbox']
h, w = frame.shape[:2]
x1, y1, x2, y2 = [int(coord * dim) for coord, dim
in zip(bbox, [w, h, w, h])]
cv2.rectangle(frame, (x1, y1), (x2, y2), (0, 255, 0), 2)
# Display frame
cv2.imshow('Edge AI Gauge Reader', frame)
if cv2.waitKey(1) & 0xFF == ord('q'):
break
cap.release()
cv2.destroyAllWindows()
if __name__ == "__main__":
main()
เทคโนโลยีที่เกี่ยวข้อง
เทคโนโลยีอื่นๆ ที่ทำงานร่วมกับ Edge AI