【導(dǎo)讀】安防監(jiān)控歷史可以追溯到幾千年前，古代城墻和士兵巡邏承載了城市保護(hù)的任務(wù)。20世紀(jì)初，人們開始使用閉路電視和無線電傳輸?shù)燃夹g(shù)來實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。進(jìn)入21世紀(jì)后，智能視頻分析、云存儲和無線通信等創(chuàng)新技術(shù)的加持讓安防監(jiān)控進(jìn)入了新的紀(jì)元。而近年來，“AI+安防”成為了行業(yè)熱議的話題，人工智能賦能和新型智慧城市的政策推動，讓安防監(jiān)控產(chǎn)業(yè)持續(xù)蓬勃發(fā)展。
本文就和大家一起來探討下安防監(jiān)控領(lǐng)域的技術(shù)新趨勢，以及在“AI+安防”時代，如何實現(xiàn)更精準(zhǔn)的安防監(jiān)控。
安防監(jiān)控技術(shù)新趨勢邁入智能化監(jiān)控時代
通常提起安防監(jiān)控，一般所指的就是視頻監(jiān)控系統(tǒng)。但隨著對智能化、高效化安全監(jiān)控需求的增加，安防監(jiān)控技術(shù)也在不斷創(chuàng)新和發(fā)展。像門禁系統(tǒng)、防盜報警、消防報警等都可以和視頻監(jiān)控相互融合，形成一個集成的安防管理方案。
當(dāng)前我們正處在從網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控時代邁向智能監(jiān)控時代的進(jìn)程中?？傮w來看，整個安防監(jiān)控應(yīng)用呈現(xiàn)出數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化、移動化和智能化幾大趨勢。
圖1：安防監(jiān)控的市場發(fā)展（圖源：IHS Markit）
1. 數(shù)字化趨勢
首先是安防系統(tǒng)數(shù)字化的趨勢。傳統(tǒng)的閉路電視攝像頭采用的是模擬信號輸出，而現(xiàn)在大部分被數(shù)字化攝像頭所取代。數(shù)字化攝像頭可以提供清晰、穩(wěn)定和可靠的數(shù)字視頻信號。數(shù)字視頻信號可以實現(xiàn)更高效的存儲、傳輸和共享，并且更易與其它類型數(shù)據(jù)進(jìn)行整合。數(shù)字化的監(jiān)控系統(tǒng)可以實現(xiàn)自動化監(jiān)控和預(yù)警，同時提供實時數(shù)據(jù)和報告，幫助用戶更加全面地了解安全狀態(tài)。
2. 網(wǎng)絡(luò)化趨勢
網(wǎng)絡(luò)化是指安防設(shè)備和系統(tǒng)通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接和通信，實現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控和管理。隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，安防設(shè)備和系統(tǒng)之間的互聯(lián)互通變得更加容易，這使得安防系統(tǒng)的覆蓋范圍和監(jiān)控能力都有了顯著提升。網(wǎng)絡(luò)化趨勢的技術(shù)支撐主要來自IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和云計算。
IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)是安防監(jiān)控中基礎(chǔ)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可以實現(xiàn)數(shù)字視頻、音頻和其它數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)上的傳輸和處理，高帶寬、低延時和高可靠性是其持續(xù)演進(jìn)的目標(biāo)。而通過過云計算技術(shù)，可以將數(shù)據(jù)和應(yīng)用程序存儲在云服務(wù)器上，實現(xiàn)對于視頻監(jiān)控和報警信息等數(shù)據(jù)的集中管理。針對采集到的大規(guī)模數(shù)據(jù)進(jìn)行深度分析，可以進(jìn)一步反饋到監(jiān)控系統(tǒng)，從而推動整體安防系統(tǒng)迭代升級。
圖2：住宅安全監(jiān)控方案（圖源：alarm.com）
3. 移動化趨勢
移動化是指可以通過安防監(jiān)控設(shè)備的移動化，以及通過移動設(shè)備來對安防系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作和管理。隨著移動應(yīng)用和5G通信技術(shù)的發(fā)展，用戶可以通過移動設(shè)備隨時隨地進(jìn)行監(jiān)控、配置和管理，獲取安全信息并進(jìn)行應(yīng)對。目前使用移動設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控的用戶已經(jīng)占到了安防監(jiān)控市場的較大比例，并且持續(xù)上升。
來自Mordor Intelligence發(fā)布的《Global Smartphone Video Surveillance Market - Growth, Trends, and Forecasts (2020 - 2025)》報告稱，2019年全球智能手機監(jiān)控市場規(guī)模超過了43億美元，預(yù)計到2025年將達(dá)到91億美元。
4. 智能化趨勢
智能化則是安防監(jiān)控近年來極為重要的技術(shù)發(fā)展趨勢，尤其是隨著人工智能技術(shù)的落地，“AI+安防”將為安防監(jiān)控應(yīng)用帶來巨大變革。通過在端側(cè)集成多種傳感器，可以實現(xiàn)對周圍環(huán)境的智能感知，包括聲音、圖像和溫濕度等。這些數(shù)據(jù)可以用來識別如煙霧和火災(zāi)等異常行為，并提供預(yù)警信號。
借助計算機視覺和深度學(xué)習(xí)技術(shù)，可以對視頻進(jìn)行智能分析和識別?；谌四樧R別技術(shù)，可以自動捕獲監(jiān)控畫面中的人物特征，甚至可以對不同的個體進(jìn)行精確識別，并與數(shù)據(jù)庫中的信息進(jìn)行比對，從而實現(xiàn)自動門禁管理、人員進(jìn)出記錄等功能。
圖3：機場AI監(jiān)控方案（圖源：HITACHI）
AI+安防正推動著智能安防監(jiān)控市場不斷擴大，預(yù)計到2025年將會達(dá)到500多億美元的市場規(guī)模?；谶@一火熱的市場前景，不同類型的玩家也紛紛入局搶占市場，像人工智能企業(yè)、傳統(tǒng)安防企業(yè)、智能硬件廠商和安防云服務(wù)商都在推出自己的全套解決方案。
但不論是何種AI+安防的方案，都需要實現(xiàn)智能化的底層硬件基礎(chǔ)，以及來自感知層面的傳感器升級。端側(cè)傳感器融合和感知能力冗余，是實現(xiàn)安防監(jiān)控智能化的第一步。
圖4：AI監(jiān)控產(chǎn)業(yè)鏈（圖源：安天下）
智能化安防監(jiān)控的感知入口——雷達(dá)傳感器
攝像頭是安防監(jiān)控的主要傳感器，視頻監(jiān)控目前占據(jù)了整個安防市場的90%以上。但攝像頭僅提供二維圖像記錄，實現(xiàn)實時主動監(jiān)控的成本較高。在某些特定條件下，僅僅靠攝像頭的感知是不全面的，激光雷達(dá)和毫米波雷達(dá)與攝像頭的集成，可以實現(xiàn)更精準(zhǔn)的智能感知。多傳感器集成，是端側(cè)安防設(shè)備實現(xiàn)智能功能的關(guān)鍵硬件基礎(chǔ)。
圖5：安防監(jiān)控中的傳感器技術(shù)（圖源：Velodyne Lidar）
相比攝像頭這種通過實時視頻分析來實現(xiàn)主動監(jiān)控的方案，通過雷達(dá)來進(jìn)行實時監(jiān)測的準(zhǔn)確性更高，所需的算力和功耗也更低，可以直接在端側(cè)獲取到目標(biāo)物體的位置、運動狀態(tài)和路徑。而且雷達(dá)所捕獲的是3D場景的深度信息，相比攝像頭的二維信息采集更加全面。
另一方面，在夜間或低能見度條件下，雷達(dá)不會受到光線問題的困擾，仍可以實現(xiàn)目標(biāo)物體的準(zhǔn)確檢測。此外，在一些需要隱私保護(hù)的室內(nèi)場景中，雷達(dá)的監(jiān)測信息并不涉及到圖像和視頻，僅為3D建模信息，因此更能確保用戶的私密信息安全。
圖6：雷達(dá)實現(xiàn)物體檢測（圖源：nanoradar)
正是基于以上優(yōu)勢，在當(dāng)前的諸多安防應(yīng)用中，會更多地采用雷達(dá)傳感器實現(xiàn)全天候?qū)崟r的異常檢測，為判斷和確定異常情況搜集線索，而攝像頭則更多地用于跟蹤線索的視頻記錄和實時影像傳輸，雷達(dá)與攝像頭的聯(lián)動成為了智能化安防應(yīng)用的理想方案。
在大型安防系統(tǒng)中，控制中心可以通過雷達(dá)解析可疑人員的距離、速度和方向，并根據(jù)距離信息控制攝像機的電動變焦鏡頭，從而清晰捕捉發(fā)現(xiàn)該人員的區(qū)域。
圖7：邊界區(qū)域安全的安防監(jiān)控系統(tǒng)（圖源：Leanhowford）
雷達(dá)傳感器分為激光雷達(dá)（LiDAR）和毫米波雷達(dá)（RADAR）兩類，激光雷達(dá)發(fā)射的是激光脈沖，而毫米波雷達(dá)發(fā)射的是電磁波。激光雷達(dá)的精度更高，而毫米波雷達(dá)的探測范圍更廣；激光雷達(dá)的模組成本通常要比毫米波雷達(dá)貴得多；激光雷達(dá)通常用于需要更高精度和更詳細(xì)建模的環(huán)境感知任務(wù)，如自動駕駛汽車或機器人導(dǎo)航系統(tǒng)，毫米波雷達(dá)則更適合于對成本功耗敏感的安全監(jiān)測和物體檢測等應(yīng)用。
圖8：不同傳感器的優(yōu)勢對比（圖源：embedded.com）
適用于廣泛安防用途的高精度60GHz雷達(dá)
安防監(jiān)控要實現(xiàn)更高準(zhǔn)確性，就要求雷達(dá)有更高的精度。而要追求更高精度，就需要雷達(dá)頻段提高。目前60GHz雷達(dá)是市場上非常熱門的選擇，提供了更好的穿透能力和抗干擾能力。而在一眾產(chǎn)品中，英飛凌提供的XENSIV? 60GHz雷達(dá)MMIC憑借著高集成度、低功耗和高性價比脫穎而出。
XENSIV? 60GHz雷達(dá)MMIC集成了封裝天線（AIP）以及內(nèi)置運動和運動方向檢測器，其FMCW工作模式具有5.5GHz的超寬帶寬，可以檢測毫米范圍內(nèi)的微動，實現(xiàn)包括存在探測、跟蹤、生命傳感和手勢控制等在內(nèi)的先進(jìn)雷達(dá)功能。
圖9：BGT60系列雷達(dá)MMIC（圖源：英飛凌）
該產(chǎn)品系列提供兩種不同的型號選擇，一類是集成一發(fā)三收天線的BGT60TR13C MMIC，另一類是集成了一發(fā)一收天線的BGT60LTR11AIP MMIC。其中BGT60TR13C可以實現(xiàn)低于5mW的功耗，BGT60LTR11AIP的功耗則可以低至2mW。
除了性能成本和功耗優(yōu)勢外，開發(fā)優(yōu)化是該產(chǎn)品的一大特色。內(nèi)置的封裝天線（AIP）消除了用戶端天線設(shè)計的復(fù)雜性，集成的功能集讓MMIC可以實現(xiàn)速度、角度、水平和垂直方向的測量?；谟w凌已經(jīng)提供的算法，MMIC可以在不侵犯隱私的情況下實現(xiàn)人體存在檢測、跟蹤和分割、入門計數(shù)等應(yīng)用。
英飛凌還提供了IP攝像頭中集成MMIC的參考設(shè)計方案。如下圖所示，MMIC作為附加感知的模塊，讓攝像機系統(tǒng)在檢測到運動時喚醒，從而降低運營成本和所需的帶寬。
圖10：集成運動檢測的 IP攝像頭方案（圖源：英飛凌）
此外，值得一提的是，BGT60LTR11AIP是一款尺寸極小的MMIC產(chǎn)品，這種小型雷達(dá)甚至可以作為傳統(tǒng)被動式紅外傳感器（PIR）的替代升級方案，適用于IoT電池供電應(yīng)用。該產(chǎn)品在貿(mào)澤電子的具體料號為“BGT60LTR11AIPE6327XUMA2”。
圖11：BGT60LTR11AIP框圖（圖源：英飛凌）
“AI+安防”時代雷達(dá)傳感器不可或缺
傳感技術(shù)賦予安防設(shè)備感知的能力，AI技術(shù)賦予安防設(shè)備認(rèn)知的能力。感知和認(rèn)知能力相結(jié)合、單設(shè)備多功能集成和多設(shè)備的同平臺融合，是安防智能化的未來發(fā)展趨勢。
在AI安防初期，圖像及視頻處理主要依靠云端算力支持，前端安防設(shè)備只用于數(shù)據(jù)的采集。但隨著視頻數(shù)據(jù)采集走向4K/8K，原始數(shù)據(jù)量的激增給傳輸和計算帶來了壓力，算力向端側(cè)前移成為必然。將訓(xùn)練好的模型部署在端側(cè)的AI加速單元中，就可以提高邊緣端的推理能力，實現(xiàn)低延時、高能效的本地AI推理運算。
例如在端側(cè)的視頻處理鏈路中集成NPU實現(xiàn)AI降噪、HDR、弱光色彩增強等功能；在聲音處理鏈路中集成專用加速單元來實現(xiàn)AI降噪、語義識別、智能喚醒等功能。在設(shè)備端、邊緣端的AI推理應(yīng)用普及，將加速安防監(jiān)控的智能化發(fā)展。
要實現(xiàn)“AI+安防”，算力和模型的提升固然重要，但設(shè)備端側(cè)的感知能力提升同樣關(guān)鍵，沒有精準(zhǔn)的感知能力也就沒有了準(zhǔn)確的推理數(shù)據(jù)來源，AI推理的結(jié)果也會大受影響。多傳感器融合、感知能力冗余能夠讓安防監(jiān)控的安全性進(jìn)一步提高。毫米波雷達(dá)憑借著更優(yōu)異的性能、功耗、成本和安全表現(xiàn)，成為了智能化安防監(jiān)控設(shè)備中重要的傳感器選擇。
隨著60GHz毫米波雷達(dá)的成本降低，雷達(dá)傳感器在安防監(jiān)控設(shè)備中的應(yīng)用比例還將會進(jìn)一步提升，推動安防監(jiān)控加速邁入“AI+安防”時代。
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