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實現(xiàn)安防智能化，需要哪些硬核技術(shù)？

信息來源：http://www.372100.com.cn/ 作者：湖北弘馳LED顯示屏公司

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展與進(jìn)步和本世紀(jì)信息技術(shù)的騰飛已邁入了一個全新的領(lǐng)域，智能化安防技術(shù)與計算機(jī)之間的界限正在逐步消失，沒有安防技術(shù)社會就會顯得不安寧，世界科學(xué)技術(shù)的前進(jìn)和發(fā)展就會受到影響。物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的普及應(yīng)用，使得城市的安防從過去簡單的安全防護(hù)系統(tǒng)向城市綜合化體系演變，城市的安防項目涵蓋眾多的領(lǐng)域，有街道社區(qū)、樓宇建筑、銀行郵局、道路監(jiān)控、機(jī)動車輛、警務(wù)人員、移動物體、船只等。

智能安防系統(tǒng)的四大功能

01 警報和事件管理
當(dāng)戶主離開家后，智能家庭安防報警系統(tǒng)將自行啟動，時刻處于“備戰(zhàn)”狀態(tài)。報警事件管理是當(dāng)住戶家中觸發(fā)報警后，會通過終端控制系統(tǒng)顯示報警類型，例如門窗報警、煤氣報警乃至有發(fā)生老人倒地報警的可能。

02 自動警報和“SOS”
通過家里安裝的智能傳感器來探測非法入侵行為。當(dāng)傳感器被觸發(fā)時，報警主機(jī)也會發(fā)出報警鳴笛提醒發(fā)生異常現(xiàn)象，而該報警信號也會通過家庭終端或樓宇管理系統(tǒng)發(fā)送至物業(yè)部門。接警后的監(jiān)控中心和物業(yè)安保人員可以馬上報警，或到家里查看情況，以防不測。

03 自動撥號通知系統(tǒng)
智能樓宇中的智能控制安防系統(tǒng)，允許用戶設(shè)置多個緊急聯(lián)系電話。觸發(fā)不同類型的報警可以聯(lián)系到不同的人，用戶也可以設(shè)置報警系統(tǒng)將報警信息以推送的方式發(fā)送到手機(jī)上，這種自動遠(yuǎn)程報警通知在家庭安防系統(tǒng)中十分普遍。

04 緊急報警按鈕
緊急按鈕就是一個快速、簡單的求助方式，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或緊急情況時，可以觸發(fā)按鈕請求救援。在家庭安防系統(tǒng)中，這種緊急按鈕既可以是一個實體按鈕也可由觸控面板來代替，緊急按鈕將信號發(fā)送到家庭自動化或樓宇管理系統(tǒng)中，物業(yè)或安保中心就可以收到報警通知。在家里安裝緊急按鈕并不常見，但是這種緊急按鈕特別適合家里有老人和孩子的家庭使用，因此按鈕應(yīng)安裝在床邊、廁所及容易觸發(fā)的地方。

實現(xiàn)智能安防的三大硬核技術(shù)

智能安防系統(tǒng)主要有三個關(guān)鍵部分組成：智能感知、視覺/視頻處理、AI計算。由于軟件和算法與特定應(yīng)用場景有關(guān)，我們只討論硬件部分。

傳感器與邊緣AI的融合讓攝像頭更智能

攝像頭的圖像傳感器（CIS）主要完成智能感知功能，有些廠商開始為其CIS芯片增加本地處理和計算能力，讓攝像頭更為智能。這一細(xì)分領(lǐng)域的廠商主要有豪威科技、安森美和索尼等，國內(nèi)初創(chuàng)公司思特威在智能安防領(lǐng)域也開始暫露頭角。

伴隨AI的不斷普及，安防監(jiān)控行業(yè)對CMOS圖像傳感器成像的清晰度以及場景覆蓋率的要求將會持續(xù)提升，隨之驅(qū)動了從720P-1080P-2K/4K的分辨率升級。此外，圖像傳感器的暗光成像、產(chǎn)品性能、色彩表現(xiàn)力以及近紅外成像性能也為泛安防化的落地發(fā)展助力。

此外產(chǎn)品性能與近紅外成像性能也是智能安防時代CIS的發(fā)展重點。除了安防產(chǎn)品的升級迭代外，安防CIS的像素尺寸也逐漸提升至2.0μm以實現(xiàn)更好的感光性能，而對于超低照環(huán)境中的成像，思特威近期推出了第二代近紅外感度NIR+技術(shù)，相較第一代NIR+技術(shù)在感度方面顯著提升，在超低照度850/940nm紅外光補光下可達(dá)到可見光下的清晰度，即使在微弱星光場景下也能清晰獲取4K高清影像畫面。

以前圖像傳感器主要為人眼服務(wù)，而在AI進(jìn)一步發(fā)展的現(xiàn)階段，圖像傳感器的服務(wù)對象逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器與智能后端平臺，其成像要求也從看得見轉(zhuǎn)變?yōu)榭焖俨蹲剑ǜ邘剩o形變（全局快門）和非可見光下成像（近紅外感度NIR+技術(shù)）來提供更加可靠精細(xì)的影像基礎(chǔ)。思特威的SmartGS技術(shù)將BSI像素設(shè)計工藝與全局快門圖像傳感器設(shè)計巧妙結(jié)合在一起，可提供信噪比更佳、靈敏度更高與動態(tài)范圍更大的成像性能，通過全局快門的曝光方式，保障圖像不會因物體高速運動產(chǎn)生失真，可進(jìn)一步為智能交通系統(tǒng)（ITS）、人臉檢測以及生物識別等需要邊緣AI計算的新興應(yīng)用提供更優(yōu)質(zhì)的影像信息。

為了給后續(xù)圖像傳感器的智能化升級打下扎實的基礎(chǔ)，思特威還開發(fā)了集成人工智能算法的“AI智能傳感器平臺”，該平臺可以在圖像傳感器上集成邊緣AI計算，能有效地提高關(guān)鍵區(qū)域（如人臉或車牌）的分辨率，降低延時，并擁有高幀率及超低功耗，可為人臉識別、高級駕駛輔助系統(tǒng)、無人駕駛、機(jī)器人等先進(jìn)的人工智能應(yīng)用解決因幀率不夠高、分辨率不足而導(dǎo)致的響應(yīng)慢、延時高及識別率低等問題，提升整個人工智能系統(tǒng)的能效比。

“數(shù)據(jù)就地處理”需要更智能的視覺/視頻處理器

從視覺AI分析的過程來看，對于需要實時/近實時處理，或者涉及數(shù)據(jù)隱私的場景往往在智能邊緣平臺進(jìn)行AI推理和識別。需要傳輸至云端或服務(wù)器進(jìn)行集中處理和計算的數(shù)據(jù)一般有兩類：監(jiān)管或者其他法規(guī)要求；需要利用數(shù)據(jù)進(jìn)行重復(fù)訓(xùn)練，模型迭代。以人臉識別為例，人臉檢測和抓拍是在本地通過設(shè)備端實時進(jìn)行的。而對抓拍到的人臉進(jìn)行識別的工作，可能涉及十萬級或以上的數(shù)據(jù)庫比對，則可交給云端，通過更大的算力去快速完成運算。

“數(shù)據(jù)就地處理”的需求讓邊緣計算成為增長最為迅速的市場。除了云端和前端AI芯片市場，邊緣端已成為很多AI芯片創(chuàng)企的突破點。目前市場上的邊緣計算大多面向的是4-16路的視頻分析處理（車路協(xié)同、加油站等為典型應(yīng)用場景），或支持200路左右的小型數(shù)據(jù)中心（采油廠、變電站等為典型應(yīng)用場景）。在這些場景中，用戶的需求明確，市場對低延遲、數(shù)據(jù)隱私以及低成本和超節(jié)能的可用性日益關(guān)注。對于工業(yè)、車路協(xié)同這些有大量數(shù)據(jù)并要求低延時響應(yīng)的應(yīng)用場景，芯片的算力性價比成為核心的考量因素。

億智電子安防產(chǎn)品副總裁魏唯認(rèn)為，圖像/視覺處理器和視頻處理器芯片要實現(xiàn)“數(shù)據(jù)就地處理”，就需要各模塊之間的協(xié)同運行，有效數(shù)據(jù)首先要經(jīng)過ISP獲得清晰的圖像數(shù)據(jù)，再讓NPU（神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理器）對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時計算。端側(cè)算力1.5T可以滿足同時運行3-5種算法的需求，例如同時進(jìn)行人臉檢測、識別、跟蹤。要在端側(cè)部署AI算力，在性能上需要SoC有很強的集成能力，包括ISP、NPU、視頻編解碼等模塊。

相較傳統(tǒng)的圖像/視頻處理器，AI視覺SoC芯片集成了NPU，這是SoC中的AI計算單元。由于是專門為AI加速而設(shè)計的處理單元，在計算的速度和準(zhǔn)確率都會有大幅的提升。據(jù)Yole預(yù)測，到2025年安防芯片市場規(guī)模將超過40億美元，其中三分之二是具有AI功能的芯片。

最近安霸針對安防市場發(fā)布了兩款A(yù)I視覺芯片：CV5S和CV52S。這兩款SoC基于CVflow架構(gòu)，采用5nm工藝，擁有超低功耗，可同時支持4K編碼和強大的AI處理。CV5S適合覆蓋更大范圍、更遠(yuǎn)距離的安防攝像機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，如城市戶外環(huán)境或大型建筑，這里場景需要多個視覺傳感器進(jìn)行360度全景監(jiān)控。而CV52S則是為具有強大AI性能的單目安防攝像機(jī)而設(shè)計，這類攝像機(jī)需要更清晰識別場景中的人或物體，包括遠(yuǎn)距離識別人臉和車牌號碼，比如智能交通攝像機(jī)。

由清華大學(xué)可重構(gòu)計算研究團(tuán)隊創(chuàng)辦的北京清微智能開發(fā)的可重構(gòu)計算芯片TX510，可以依據(jù)應(yīng)用和算法重構(gòu)執(zhí)行計算的硬件資源，具有按需即時重構(gòu)、高能效、低功耗等特點。清微智能創(chuàng)始人兼CEO王博大致介紹了基于TX510的人臉識別系統(tǒng)產(chǎn)品流程。首先，紅外傳感器自動感應(yīng)人體，激活TX510 系統(tǒng)。然后，開啟3D 圖像采集、近紅外圖像采集和可見光圖像采集（進(jìn)入ISP 引擎）。接著進(jìn)行人臉檢測、活體聯(lián)合檢測，最后完成人臉識別和特征比對。

可重構(gòu)芯片應(yīng)用于圖像信號處理有如下優(yōu)勢：快速在芯片上實現(xiàn)最新的圖像算法、更加強大的圖像處理性能、為客戶提供自己定制ISP算法的可能，并可延長產(chǎn)品的生命周期。

在產(chǎn)品形態(tài)上，添加AI能力的邊緣計算載體包括智能安防攝像頭、智能網(wǎng)關(guān)、盒子、微型數(shù)據(jù)中心等。這些設(shè)備和應(yīng)用對于多種連接和數(shù)據(jù)移動性、實時決策、本地化計算能力、高效存儲這些功能和技術(shù)指標(biāo)都有比較高的要求。

智能安防AI計算需要提高算力性價比

AI視覺芯片做的是領(lǐng)域?qū)Ｓ糜嬎悖啾扔谕ㄓ糜嬎阈酒鏑PU/GPU，可以定制化運行AI領(lǐng)域的視覺分析應(yīng)用，從而提供更高的計算效率，用更低的成本、更低的功耗提供更高的計算性能。AI計算的優(yōu)勢在于：在恒定的算力需求下，例如數(shù)據(jù)中心場景下的100臺AI服務(wù)器，可以以更低成本、更優(yōu)的計算性能、更低功耗滿足AI算力需求，所需的芯片數(shù)量越少或者芯片成本更低，從而大幅降低人工智能應(yīng)用落地所需的總成本。

2024年5G技術(shù)與安防監(jiān)控技術(shù)發(fā)展趨勢和機(jī)遇挑戰(zhàn)

01 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控的增強

在5G技術(shù)的支持下，安防視頻監(jiān)控的圖像質(zhì)量得到了極大的提升。高速連接和穩(wěn)定性將加強遠(yuǎn)程監(jiān)控的效果，實現(xiàn)更高質(zhì)量的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控體驗。高清視頻的傳輸使得監(jiān)控畫面更加清晰，細(xì)節(jié)更加豐富，從而讓監(jiān)控人員能夠更準(zhǔn)確地識別目標(biāo)，更靈活地應(yīng)對不同場景。此外，5G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬特性還允許同時傳輸更多的視頻流，使得監(jiān)控系統(tǒng)能夠覆蓋更廣泛的區(qū)域。

智慧安防監(jiān)控EasyCVR視頻管理平臺能在復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，將前端設(shè)備統(tǒng)一集中接入。在網(wǎng)絡(luò)傳輸上，平臺支持設(shè)備通過4G、5G、WIFI、有線等方式進(jìn)行視頻流的快捷傳輸，視頻流經(jīng)平臺處理后可對外進(jìn)行多格式的分發(fā)，實現(xiàn)多展示終端觀看（電腦、大屏、電視墻、手機(jī)端等）。國標(biāo)GB28181協(xié)議EasyCVR安防平臺能同時播放多路視頻流，視頻畫面1、4、9、16個可選，支持視頻輪播。

02 超高速數(shù)據(jù)傳輸

5G網(wǎng)絡(luò)的低延遲特性將使監(jiān)控系統(tǒng)的實時性更進(jìn)一步，減少視頻傳輸和響應(yīng)時間，這也有助于提高視頻監(jiān)控對緊急事件的處理效率，使得智能視頻監(jiān)控系統(tǒng)的響應(yīng)與應(yīng)急速度得到極大提升。

03 移動監(jiān)控技術(shù)的廣泛應(yīng)用
5G技術(shù)的不斷商用，使得移動監(jiān)控設(shè)備（如：巡檢機(jī)器人、無人機(jī)、無人船等）將更廣泛地應(yīng)用于安防領(lǐng)域。通過5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)即時高清視頻傳輸，將會提高對移動目標(biāo)的監(jiān)測和響應(yīng)能力。

04 邊緣計算與人工智能結(jié)合

結(jié)合5G和邊緣計算，安防攝像頭可以在本地執(zhí)行一部分復(fù)雜的人工智能分析，減少對中心服務(wù)器的依賴，提高實時性。并且多個攝像頭之間可以通過5G進(jìn)行實時信息共享，實現(xiàn)分布式智能分析，提高整個監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平。AI技術(shù)的發(fā)展，使得視頻監(jiān)控成為AI落地應(yīng)用最為廣泛的領(lǐng)域之一。

05 虛擬和增強現(xiàn)實的整合

利用5G技術(shù)，安防人員可以通過虛擬和增強現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行虛擬巡邏，實時查看監(jiān)控畫面，并迅速響應(yīng)異常情況。同時，還可以通過虛擬和增強現(xiàn)實技術(shù)進(jìn)行培訓(xùn)和模擬演練，提高應(yīng)對各類情況的能力。隨著5G技術(shù)的普及，更多的應(yīng)用場景將涌現(xiàn)，對于安防視頻監(jiān)控來說，更多的場景意味著更多的機(jī)會，5G+AI技術(shù)將成為安防行業(yè)的重要發(fā)展方向。

內(nèi)容來源：Steve Gu，博客園，gk-auto