【導讀】安防監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的任務(wù)。20世紀初，人們開(kāi)始使用閉路電視和無(wú)線(xiàn)電傳輸等技術(shù)來(lái)實(shí)現遠程監控。進(jìn)入21世紀后，智能視頻分析、云存儲和無(wú)線(xiàn)通信等創(chuàng )新技術(shù)的加持讓安防監控進(jìn)入了新的紀元。而近年來(lái)，“AI+安防”成為了行業(yè)熱議的話(huà)題，人工智能賦能和新型智慧城市的政策推動(dòng)，讓安防監控產(chǎn)業(yè)持續蓬勃發(fā)展。
本文就和大家一起來(lái)探討下安防監控領(lǐng)域的技術(shù)新趨勢，以及在“AI+安防”時(shí)代，如何實(shí)現更精準的安防監控。
安防監控技術(shù)新趨勢邁入智能化監控時(shí)代
通常提起安防監控，一般所指的就是視頻監控系統。但隨著(zhù)對智能化、高效化安全監控需求的增加，安防監控技術(shù)也在不斷創(chuàng )新和發(fā)展。像門(mén)禁系統、防盜報警、消防報警等都可以和視頻監控相互融合，形成一個(gè)集成的安防管理方案。
當前我們正處在從網(wǎng)絡(luò )監控時(shí)代邁向智能監控時(shí)代的進(jìn)程中?？傮w來(lái)看，整個(gè)安防監控應用呈現出數字化、網(wǎng)絡(luò )化、移動(dòng)化和智能化幾大趨勢。
圖1：安防監控的市場(chǎng)發(fā)展（圖源：IHS Markit）
1. 數字化趨勢
首先是安防系統數字化的趨勢。傳統的閉路電視攝像頭采用的是模擬信號輸出，而現在大部分被數字化攝像頭所取代。數字化攝像頭可以提供清晰、穩定和可靠的數字視頻信號。數字視頻信號可以實(shí)現更高效的存儲、傳輸和共享，并且更易與其它類(lèi)型數據進(jìn)行整合。數字化的監控系統可以實(shí)現自動(dòng)化監控和預警，同時(shí)提供實(shí)時(shí)數據和報告，幫助用戶(hù)更加全面地了解安全狀態(tài)。
2. 網(wǎng)絡(luò )化趨勢
網(wǎng)絡(luò )化是指安防設備和系統通過(guò)網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行連接和通信，實(shí)現遠程監控和管理。隨著(zhù)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，安防設備和系統之間的互聯(lián)互通變得更加容易，這使得安防系統的覆蓋范圍和監控能力都有了顯著(zhù)提升。網(wǎng)絡(luò )化趨勢的技術(shù)支撐主要來(lái)自IP網(wǎng)絡(luò )技術(shù)和云計算。
IP網(wǎng)絡(luò )技術(shù)是安防監控中基礎的網(wǎng)絡(luò )技術(shù)，可以實(shí)現數字視頻、音頻和其它數據在網(wǎng)絡(luò )上的傳輸和處理，高帶寬、低延時(shí)和高可靠性是其持續演進(jìn)的目標。而通過(guò)過(guò)云計算技術(shù)，可以將數據和應用程序存儲在云服務(wù)器上，實(shí)現對于視頻監控和報警信息等數據的集中管理。針對采集到的大規模數據進(jìn)行深度分析，可以進(jìn)一步反饋到監控系統，從而推動(dòng)整體安防系統迭代升級。
圖2：住宅安全監控方案（圖源：alarm.com）
3. 移動(dòng)化趨勢
移動(dòng)化是指可以通過(guò)安防監控設備的移動(dòng)化，以及通過(guò)移動(dòng)設備來(lái)對安防系統進(jìn)行遠程操作和管理。隨著(zhù)移動(dòng)應用和5G通信技術(shù)的發(fā)展，用戶(hù)可以通過(guò)移動(dòng)設備隨時(shí)隨地進(jìn)行監控、配置和管理，獲取安全信息并進(jìn)行應對。目前使用移動(dòng)設備進(jìn)行遠程監控的用戶(hù)已經(jīng)占到了安防監控市場(chǎng)的較大比例，并且持續上升。
來(lái)自Mordor Intelligence發(fā)布的《Global Smartphone Video Surveillance Market - Growth, Trends, and Forecasts (2020 - 2025)》報告稱(chēng)，2019年全球智能手機監控市場(chǎng)規模超過(guò)了43億美元，預計到2025年將達到91億美元。
4. 智能化趨勢
智能化則是安防監控近年來(lái)極為重要的技術(shù)發(fā)展趨勢，尤其是隨著(zhù)人工智能技術(shù)的落地，“AI+安防”將為安防監控應用帶來(lái)巨大變革。通過(guò)在端側集成多種傳感器，可以實(shí)現對周?chē)h(huán)境的智能感知，包括聲音、圖像和溫濕度等。這些數據可以用來(lái)識別如煙霧和火災等異常行為，并提供預警信號。
借助計算機視覺(jué)和深度學(xué)習技術(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(dòng)捕獲監控畫(huà)面中的人物特征，甚至可以對不同的個(gè)體進(jìn)行精確識別，并與數據庫中的信息進(jìn)行比對，從而實(shí)現自動(dòng)門(mén)禁管理、人員進(jìn)出記錄等功能。
圖3：機場(chǎng)AI監控方案（圖源：HITACHI）
AI+安防正推動(dòng)著(zhù)智能安防監控市場(chǎng)不斷擴大，預計到2025年將會(huì )達到500多億美元的市場(chǎng)規模?；谶@一火熱的市場(chǎng)前景，不同類(lèi)型的玩家也紛紛入局搶占市場(chǎng)，像人工智能企業(yè)、傳統安防企業(yè)、智能硬件廠(chǎng)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(shí)現智能化的底層硬件基礎，以及來(lái)自感知層面的傳感器升級。端側傳感器融合和感知能力冗余，是實(shí)現安防監控智能化的第一步。
圖4：AI監控產(chǎn)業(yè)鏈（圖源：安天下）
智能化安防監控的感知入口——雷達傳感器
攝像頭是安防監控的主要傳感器，視頻監控目前占據了整個(gè)安防市場(chǎng)的90%以上。但攝像頭僅提供二維圖像記錄，實(shí)現實(shí)時(shí)主動(dòng)監控的成本較高。在某些特定條件下，僅僅靠攝像頭的感知是不全面的，激光雷達和毫米波雷達與攝像頭的集成，可以實(shí)現更精準的智能感知。多傳感器集成，是端側安防設備實(shí)現智能功能的關(guān)鍵硬件基礎。
圖5：安防監控中的傳感器技術(shù)（圖源：Velodyne Lidar）
相比攝像頭這種通過(guò)實(shí)時(shí)視頻分析來(lái)實(shí)現主動(dòng)監控的方案，通過(guò)雷達來(lái)進(jìn)行實(shí)時(shí)監測的準確性更高，所需的算力和功耗也更低，可以直接在端側獲取到目標物體的位置、運動(dòng)狀態(tài)和路徑。而且雷達所捕獲的是3D場(chǎng)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(jiàn)度條件下，雷達不會(huì )受到光線(xiàn)問(wèn)題的困擾，仍可以實(shí)現目標物體的準確檢測。此外，在一些需要隱私保護的室內場(chǎng)景中，雷達的監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(hù)的私密信息安全。
圖6：雷達實(shí)現物體檢測（圖源：nanoradar)
正是基于以上優(yōu)勢，在當前的諸多安防應用中，會(huì )更多地采用雷達傳感器實(shí)現全天候實(shí)時(shí)的異常檢測，為判斷和確定異常情況搜集線(xiàn)索，而攝像頭則更多地用于跟蹤線(xiàn)索的視頻記錄和實(shí)時(shí)影像傳輸，雷達與攝像頭的聯(lián)動(dòng)成為了智能化安防應用的理想方案。
在大型安防系統中，控制中心可以通過(guò)雷達解析可疑人員的距離、速度和方向，并根據距離信息控制攝像機的電動(dòng)變焦鏡頭，從而清晰捕捉發(fā)現該人員的區域。
圖7：邊界區域安全的安防監控系統（圖源：Leanhowford）
雷達傳感器分為激光雷達（LiDAR）和毫米波雷達（RADAR）兩類(lèi)，激光雷達發(fā)射的是激光脈沖，而毫米波雷達發(fā)射的是電磁波。激光雷達的精度更高，而毫米波雷達的探測范圍更廣；激光雷達的模組成本通常要比毫米波雷達貴得多；激光雷達通常用于需要更高精度和更詳細建模的環(huán)境感知任務(wù)，如自動(dòng)駕駛汽車(chē)或機器人導航系統，毫米波雷達則更適合于對成本功耗敏感的安全監測和物體檢測等應用。
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
安防監控要實(shí)現更高準確性，就要求雷達有更高的精度。而要追求更高精度，就需要雷達頻段提高。目前60GHz雷達是市場(chǎng)上非常熱門(mén)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MMIC憑借著(zhù)高集成度、低功耗和高性?xún)r(jià)比脫穎而出。
XENSIV? 60GHz雷達MMIC集成了封裝天線(xiàn)（AIP）以及內置運動(dòng)和運動(dòng)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的微動(dòng)，實(shí)現包括存在探測、跟蹤、生命傳感和手勢控制等在內的先進(jìn)雷達功能。
圖9：BGT60系列雷達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(lèi)是集成一發(fā)三收天線(xiàn)的BGT60TR13C MMIC，另一類(lèi)是集成了一發(fā)一收天線(xiàn)的BGT60LTR11AIP MMIC。其中BGT60TR13C可以實(shí)現低于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(kāi)發(fā)優(yōu)化是該產(chǎn)品的一大特色。內置的封裝天線(xiàn)（AIP）消除了用戶(hù)端天線(xiàn)設計的復雜性，集成的功能集讓MMIC可以實(shí)現速度、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(shí)現人體存在檢測、跟蹤和分割、入門(mén)計數等應用。
英飛凌還提供了IP攝像頭中集成MMIC的參考設計方案。如下圖所示，MMIC作為附加感知的模塊，讓攝像機系統在檢測到運動(dòng)時(shí)喚醒，從而降低運營(yíng)成本和所需的帶寬。
圖10：集成運動(dòng)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，這種小型雷達甚至可以作為傳統被動(dòng)式紅外傳感器（PIR）的替代升級方案，適用于IoT電池供電應用。該產(chǎn)品在貿澤電子的具體料號為“BGT60LTR11AIPE6327XUMA2”。
圖11：BGT60LTR11AIP框圖（圖源：英飛凌）
“AI+安防”時(shí)代雷達傳感器不可或缺
傳感技術(shù)賦予安防設備感知的能力，AI技術(shù)賦予安防設備認知的能力。感知和認知能力相結合、單設備多功能集成和多設備的同平臺融合，是安防智能化的未來(lái)發(fā)展趨勢。
在A(yíng)I安防初期，圖像及視頻處理主要依靠云端算力支持，前端安防設備只用于數據的采集。但隨著(zhù)視頻數據采集走向4K/8K，原始數據量的激增給傳輸和計算帶來(lái)了壓力，算力向端側前移成為必然。將訓練好的模型部署在端側的AI加速單元中，就可以提高邊緣端的推理能力，實(shí)現低延時(shí)、高能效的本地AI推理運算。
例如在端側的視頻處理鏈路中集成NPU實(shí)現AI降噪、HDR、弱光色彩增強等功能；在聲音處理鏈路中集成專(zhuān)用加速單元來(lái)實(shí)現AI降噪、語(yǔ)義識別、智能喚醒等功能。在設備端、邊緣端的AI推理應用普及，將加速安防監控的智能化發(fā)展。
要實(shí)現“AI+安防”，算力和模型的提升固然重要，但設備端側的感知能力提升同樣關(guān)鍵，沒(méi)有精準的感知能力也就沒(méi)有了準確的推理數據來(lái)源，AI推理的結果也會(huì )大受影響。多傳感器融合、感知能力冗余能夠讓安防監控的安全性進(jìn)一步提高。毫米波雷達憑借著(zhù)更優(yōu)異的性能、功耗、成本和安全表現，成為了智能化安防監控設備中重要的傳感器選擇。
隨著(zhù)60GHz毫米波雷達的成本降低，雷達傳感器在安防監控設備中的應用比例還將會(huì )進(jìn)一步提升，推動(dòng)安防監控加速邁入“AI+安防”時(shí)代。
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