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實(shí)現(xiàn)安防智能化，需要哪些硬核技術(shù)？

信息來源：http://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(gè)全新的領(lǐng)域，智能化安防技術(shù)與計(jì)算機(jī)之間的界限正在逐步消失，沒有安防技術(shù)社會(huì)就會(huì)顯得不安寧，世界科學(xué)技術(shù)的前進(jìn)和發(fā)展就會(huì)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(xiàng)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(dòng)車輛、警務(wù)人員、移動(dòng)物體、船只等。

智能安防系統(tǒng)的四大功能

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

02 自動(dòng)警報(bào)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(shí)，報(bào)警主機(jī)也會(huì)發(fā)出報(bào)警鳴笛提醒發(fā)生異�，F(xiàn)象，而該報(bào)警信號(hào)也會(huì)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(bào)警，或到家里查看情況，以防不測。

03 自動(dòng)撥號(hào)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(gè)緊急聯(lián)系電話。觸發(fā)不同類型的報(bào)警可以聯(lián)系到不同的人，用戶也可以設(shè)置報(bào)警系統(tǒng)將報(bào)警信息以推送的方式發(fā)送到手機(jī)上，這種自動(dòng)遠(yuǎn)程報(bào)警通知在家庭安防系統(tǒng)中十分普遍。

04 緊急報(bào)警按鈕
緊急按鈕就是一個(gè)快速、簡單的求助方式，當(dāng)發(fā)生火災(zāi)或緊急情況時(shí)，可以觸發(fā)按鈕請(qǐng)求救援。在家庭安防系統(tǒng)中，這種緊急按鈕既可以是一個(gè)實(shí)體按鈕也可由觸控面板來代替，緊急按鈕將信號(hào)發(fā)送到家庭自動(dòng)化或樓宇管理系統(tǒng)中，物業(yè)或安保中心就可以收到報(bào)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(shí)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(gè)關(guān)鍵部分組成：智能感知、視覺/視頻處理、AI計(jì)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(jì)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(duì)CMOS圖像傳感器成像的清晰度以及場景覆蓋率的要求將會(huì)持續(xù)提升，隨之驅(qū)動(dòng)了從720P-1080P-2K/4K的分辨率升級(jí)。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(shí)代CIS的發(fā)展重點(diǎn)。除了安防產(chǎn)品的升級(jí)迭代外，安防CIS的像素尺寸也逐漸提升至2.0μm以實(shí)現(xiàn)更好的感光性能，而對(duì)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(bǔ)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(duì)象逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器與智能后端平臺(tái)，其成像要求也從看得見轉(zhuǎn)變?yōu)榭焖俨蹲剑ǜ邘剩�、無形變（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(jì)工藝與全局快門圖像傳感器設(shè)計(jì)巧妙結(jié)合在一起，可提供信噪比更佳、靈敏度更高與動(dòng)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(huì)因物體高速運(yùn)動(dòng)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(shí)別等需要邊緣AI計(jì)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(jí)打下扎實(shí)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(tái)”，該平臺(tái)可以在圖像傳感器上集成邊緣AI計(jì)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(shí)，并擁有高幀率及超低功耗，可為人臉識(shí)別、高級(jí)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(shí)高及識(shí)別率低等問題，提升整個(gè)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(duì)于需要實(shí)時(shí)/近實(shí)時(shí)處理，或者涉及數(shù)據(jù)隱私的場景往往在智能邊緣平臺(tái)進(jìn)行AI推理和識(shí)別。需要傳輸至云端或服務(wù)器進(jìn)行集中處理和計(jì)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(shí)別為例，人臉檢測和抓拍是在本地通過設(shè)備端實(shí)時(shí)進(jìn)行的。而對(duì)抓拍到的人臉進(jìn)行識(shí)別的工作，可能涉及十萬級(jí)或以上的數(shù)據(jù)庫比對(duì)，則可交給云端，通過更大的算力去快速完成運(yùn)算。

“數(shù)據(jù)就地處理”的需求讓邊緣計(jì)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(diǎn)。目前市場上的邊緣計(jì)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(duì)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(duì)于工業(yè)、車路協(xié)同這些有大量數(shù)據(jù)并要求低延時(shí)響應(yīng)的應(yīng)用場景，芯片的算力性價(jià)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(shí)現(xiàn)“數(shù)據(jù)就地處理”，就需要各模塊之間的協(xié)同運(yùn)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算。端側(cè)算力1.5T可以滿足同時(shí)運(yùn)行3-5種算法的需求，例如同時(shí)進(jìn)行人臉檢測、識(shí)別、跟蹤。要在端側(cè)部署AI算力，在性能上需要SoC有很強(qiáng)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(jì)算單元。由于是專門為AI加速而設(shè)計(jì)的處理單元，在計(jì)算的速度和準(zhǔn)確率都會(huì)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(duì)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(shí)支持4K編碼和強(qiáng)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(gè)視覺傳感器進(jìn)行360度全景監(jiān)控。而CV52S則是為具有強(qiáng)大AI性能的單目安防攝像機(jī)而設(shè)計(jì)，這類攝像機(jī)需要更清晰識(shí)別場景中的人或物體，包括遠(yuǎn)距離識(shí)別人臉和車牌號(hào)碼，比如智能交通攝像機(jī)。

由清華大學(xué)可重構(gòu)計(jì)算研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)辦的北京清微智能開發(fā)的可重構(gòu)計(jì)算芯片TX510，可以依據(jù)應(yīng)用和算法重構(gòu)執(zhí)行計(jì)算的硬件資源，具有按需即時(shí)重構(gòu)、高能效、低功耗等特點(diǎn)。清微智能創(chuàng)始人兼CEO王博大致介紹了基于TX510的人臉識(shí)別系統(tǒng)產(chǎn)品流程。首先，紅外傳感器自動(dòng)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(shí)別和特征比對(duì)。

可重構(gòu)芯片應(yīng)用于圖像信號(hào)處理有如下優(yōu)勢：快速在芯片上實(shí)現(xiàn)最新的圖像算法、更加強(qiáng)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(jì)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(duì)于多種連接和數(shù)據(jù)移動(dòng)性、實(shí)時(shí)決策、本地化計(jì)算能力、高效存儲(chǔ)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(jì)算需要提高算力性價(jià)比

AI視覺芯片做的是領(lǐng)域?qū)Ｓ糜?jì)算，相比于通用計(jì)算芯片如CPU/GPU，可以定制化運(yùn)行AI領(lǐng)域的視覺分析應(yīng)用，從而提供更高的計(jì)算效率，用更低的成本、更低的功耗提供更高的計(jì)算性能。AI計(jì)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(tái)AI服務(wù)器，可以以更低成本、更優(yōu)的計(jì)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(qiáng)

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(qiáng)遠(yuǎn)程監(jiān)控的效果，實(shí)現(xiàn)更高質(zhì)量的遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控體驗(yàn)。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(shí)別目標(biāo)，更靈活地應(yīng)對(duì)不同場景。此外，5G網(wǎng)絡(luò)的高帶寬特性還允許同時(shí)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(tái)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(tái)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(tái)處理后可對(duì)外進(jìn)行多格式的分發(fā)，實(shí)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(tái)能同時(shí)播放多路視頻流，視頻畫面1、4、9、16個(gè)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(shí)時(shí)性更進(jìn)一步，減少視頻傳輸和響應(yīng)時(shí)間，這也有助于提高視頻監(jiān)控對(duì)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(dòng)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(dòng)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(shí)現(xiàn)即時(shí)高清視頻傳輸，將會(huì)提高對(duì)移動(dòng)目標(biāo)的監(jiān)測和響應(yīng)能力。

04 邊緣計(jì)算與人工智能結(jié)合

結(jié)合5G和邊緣計(jì)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(duì)中心服務(wù)器的依賴，提高實(shí)時(shí)性。并且多個(gè)攝像頭之間可以通過5G進(jìn)行實(shí)時(shí)信息共享，實(shí)現(xiàn)分布式智能分析，提高整個(gè)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(qiáng)現(xiàn)實(shí)的整合

利用5G技術(shù)，安防人員可以通過虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行虛擬巡邏，實(shí)時(shí)查看監(jiān)控畫面，并迅速響應(yīng)異常情況。同時(shí)，還可以通過虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)進(jìn)行培訓(xùn)和模擬演練，提高應(yīng)對(duì)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(duì)于安防視頻監(jiān)控來說，更多的場景意味著更多的機(jī)會(huì)，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