Edge AI Computing

เทคโนโลยี Edge AI เป็นการนำปัญญาประดิษฐ์มาประมวลผลโดยตรงบนอุปกรณ์ในพื้นที่ (Edge Device) ช่วยลดความล่าช้าในการตอบสนอง เพิ่มความปลอดภัยของข้อมูล และสามารถทำงานได้แม้ไม่มีการเชื่อมต่ออินเทอร์เน็ต สำหรับระบบ GaugeSnap เราใช้ Edge AI ในการประมวลผลภาพและการวิเคราะห์ข้อมูลแบบ Real-time

<5ms
Inference Speed
Ultra-low Latency
100%
Data Security
No Data Transfer
99.9%
Uptime Reliability
Offline Operation
85%
Cost Reduction
vs Cloud Computing

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

Latency: < 10ms
Privacy: 100%
Connectivity: Not Required
Cost/Request: $0

Cloud AI

Latency: 100-500ms
Privacy: Depends
Connectivity: Required
Cost/Request: $0.001-0.01
Best Choice
Hybrid Approach
Edge for real-time + Cloud for complex tasks

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
Best for:
Mobile apps, Consumer devices

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)
Best for:
IoT gateways, Industrial devices

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
Best for:
Embedded systems, Battery devices

Software Stack สำหรับ Edge AI

เครื่องมือและ Framework สำหรับพัฒนา Edge AI

Inference Frameworks

TensorFlow Lite

Framework ที่ปรับแต่งสำหรับอุปกรณ์มือถือและ IoT devices

Size: 300KB
Quantization: INT8, FP16
Platforms: Android, iOS
Languages: C++, Java, Swift

ONNX Runtime

Cross-platform inference engine รองรับโมเดลจากหลาย framework

Formats: ONNX, PyTorch
Hardware: CPU, GPU, NPU
Optimization: Graph optimization
Providers: 15+ execution

OpenVINO

Intel's toolkit สำหรับ optimize และ deploy AI models

Intel Hardware: CPU, GPU, VPU
Precision: FP32, FP16, INT8
Models: 200+ pre-trained
Languages: C++, Python

การปรับแต่งโมเดล

Quantization

ลดขนาดโมเดลโดยการใช้ precision ที่ต่ำลง

FP32 → INT8: 4x smaller
Speed improvement: 2-4x faster
Accuracy loss: < 1%

Pruning

ตัดการเชื่อมต่อที่ไม่สำคัญออกจากโมเดล

  • • Structured pruning: ตัดทั้ง channel/layer
  • • Unstructured pruning: ตัด weight ทีละตัว
  • • Magnitude-based pruning: ตัดตาม weight size

Knowledge Distillation

ฝึกโมเดลเล็กให้เลียนแบบโมเดลใหญ่

Teacher Model: Large, accurate model
Student Model: Small, efficient model
Result: 90% accuracy, 10x smaller

Performance Comparison

Original Model: 100MB, 500ms
Quantized: 25MB, 150ms
Pruned + Quantized: 10MB, 50ms

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

Inference: 15ms
Total: 33ms (30 FPS)
Battery: 4 hours
Accuracy: 98.5%

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

CPU: ARM Cortex-A78
AI: 4 TOPS NPU
Memory: 8GB RAM
Storage: 64GB eMMC

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()