El futuro se hace realidad.

Los orígenes de la analítica

Se empezó a hablar de análisis de vídeo en 1990, mucho antes de los trágicos acontecimientos del 11 de septiembre de 2001. “Este fue el destino de varios institutos de investigación financiados por el gobierno — afirma Dieter Kondek, presidente y director ejecutivo de Agent Video Intelligence o Agent Vi. — «Visión por computadora», — Así se llamaba originalmente la analítica, — gradualmente evolucionó hacia actividades de investigación para crear inteligencia artificial”.

Los primeros ejemplos de análisis en el mercado fueron los detectores de movimiento desarrollados para el Ministerio de Defensa, que requerían importantes recursos de hardware, lo que los hacía ineficaces. Los consumidores y fabricantes, a su vez, consideraban que este tipo de análisis de vídeo era complejo y poco fiable debido a la gran cantidad de falsos positivos. “Incluso el movimiento más inocente, como el vuelo de un pájaro, podría provocar una alarma en el sistema”, dijo. señala Kondek, — Estos sistemas de CCTV heredados no podían manejar los algoritmos más avanzados que existen hoy en día, como la detección de objetos abandonados, intrusos, automóviles detenidos, etc. El punto de inflexión fueron los acontecimientos del 11 de septiembre, que tomaron a todos por sorpresa. Fue a partir de este momento que quedó claro lo necesario que es para la sociedad disponer de sistemas de vídeo inteligentes para controlar la situación en lugares concurridos, en aeropuertos, restringir el acceso a zonas protegidas, etc. En aquel momento no existía en el mercado una única solución que pudiera hacer frente a una tarea de este tipo, que requería el procesamiento simultáneo de información de miles de cámaras de televisión. Además, una gran cantidad de amenazas y ataques terroristas en escuelas de Estados Unidos y de todo el mundo obligaron a los fabricantes a pensar y empezar a trabajar en esta dirección. Afortunadamente, en ese momento el vector de desarrollo tecnológico en la industria de la seguridad comenzó a desplazarse hacia los sistemas digitales, lo que hizo posible que los fabricantes centraran sus esfuerzos en la creación de sistemas inteligentes.

Capacidades intelectuales de los sistemas actuales

Hoy en día, la capacidad de analizar imágenes de video se ha convertido en una parte integral de absolutamente cualquier sistema y solución. La tarea del sistema analítico es reducir radicalmente las falsas alarmas provocadas, por ejemplo, por fenómenos naturales y climáticos, cambios de iluminación, etc., con un nivel máximo de reconocimiento inteligente del movimiento, imagen o evento humano, determinación de un rostro humano. , número de matrícula del coche, etc. Por ejemplo, Bosch Security System utiliza un análisis de fondo que puede adaptarse a los cambios de fondo, lo que evita falsas alarmas como árboles que se balancean o nubes en movimiento. En este caso, la alarma se produce sólo en caso de una situación verdaderamente peligrosa, cuyos parámetros son especificados por el usuario. También se utilizan soluciones que pueden medir objetos utilizando un sistema de coordenadas tridimensional o calibrando la imagen de la cámara. Esto se logra mediante el uso de una interfaz gráfica de usuario que le permite superponer una malla 3D en la imagen y distinguir objetos, teniendo en cuenta la relación de los tamaños de los objetos en perspectiva y sus vectores de movimiento. Muchas empresas están desarrollando esfuerzos para analizar el comportamiento humano e identificar acciones peligrosas y no estándar.

Sin embargo, los expertos creen que los fabricantes y proveedores, al comunicarse con los consumidores, deben explicar claramente qué esperar de las capacidades intelectuales de los sistemas y qué deseos de los usuarios no pueden satisfacerse. «Existe una enorme brecha entre lo que la gente cree y espera de los sistemas inteligentes y sus capacidades reales», afirmó. dice Andras Sudy, director de marketing de Intello. — Después de leer y escuchar mucha información diferente sobre la inteligencia de los sistemas, los consumidores les imponen exigencias excesivamente altas, cuyo cumplimiento, si es posible, sólo se realiza a través de ajustes y configuraciones complejos de los sistemas”.

Es este profundo conocimiento de las necesidades del cliente lo que se ha convertido en parte de la estrategia de Intello para reducir la cantidad de falsas alarmas. La empresa cuenta con una solución para monitorear los flujos de tráfico, que incluye varios algoritmos analíticos, como reconocer matrículas, determinar la dirección y velocidad de un objeto. La Autoridad de Autopistas de Hungría probó esta solución y luego preguntó si el sistema podía detectar niebla en la carretera, algo que inicialmente no estaba previsto.

«No teníamos una solución preparada para este problema, por lo que tuvimos que crear un sistema similar al que tenemos hoy para detectar y advertir sobre la niebla en la carretera», señala Sadi. — Pero si esta tarea no se puede resolver debido a las limitaciones físicas de la cámara, entonces debemos ser honestos al respecto. Esta es la mejor solución posible al problema”.

¿Qué esperar?

La aparición de la inteligencia artificial en los sistemas del mañana sigue siendo muy problemática, pero, sin embargo, los algoritmos para analizar imágenes de vídeo son cada día más complejos. “En el futuro será evidente una identificación o selección más precisa de un objeto”, afirma. Esta es la opinión de Gadi Talmon, cofundador de Agent Vi. — Actualmente, ninguno de los fabricantes dispone de esta tecnología. Actualmente estamos trabajando en algoritmos de identificación de objetos que podrían distinguir, por ejemplo, a las personas por la ropa o los signos distintivos que lleva. Estamos constantemente creando algoritmos nuevos, más estables y confiables”.

Algunos expertos predicen más algoritmos inteligentes nuevos desarrollados por empresas pequeñas y especializadas que soluciones integradas creadas mediante esfuerzos conjuntos de empresas como VistaScape y Siemens Building Technologies o ActivEye y Honywell. “Las grandes empresas tienen los medios para cambiar el rumbo del desarrollo en función de las necesidades del mercado, mientras que las pequeñas empresas están más especializadas, pero desarrollan exactamente lo que el cliente quiere. — dice Sadi. — El mercado de la seguridad va a ser muy interesante en los próximos años”.

El crecimiento de la industria de la seguridad está impulsando la demanda de soluciones analíticas cada vez más inteligentes. Y cuanto más probable sea que la tecnología pueda aplicarse fuera del mercado de la seguridad, más interesante será observar el sector de la videovigilancia inteligente.

Asegurar el futuro

Pero hoy el consumidor se pregunta: ¿qué elegir? ¿DVR, DVR híbrido, NVR? Sin olvidar funciones básicas como la compresión y el almacenamiento de vídeo, conviene prestar más atención a las plataformas y sistemas de vídeo con arquitectura abierta y escalable basados en tecnologías IP, representados en el mercado por muchos fabricantes.

El mundo de la seguridad avanza con confianza hacia las tecnologías IP. Las funciones de DVR se han vuelto más sofisticadas e inteligentes gracias a la integración con varias cámaras y servidores centrales. Los DVR actuales son capaces de capturar una mejor calidad de video, almacenar más información en menos espacio de almacenamiento y tener configuraciones de grabación flexibles. Además, existen en el mercado grabadores de vídeo en red (NVR) y DVR híbridos. Estos dispositivos están diseñados para funcionar a través de una red, incluida Internet. Los NVR funcionan exclusivamente con cámaras IP de red; los DVR híbridos pueden funcionar con cámaras IP y analógicas y tienen más capacidades de control y vigilancia remotos. Los NVR le permiten controlar todo el sistema, hasta la configuración y el control de cada cámara, están especialmente diseñados para grabar y almacenar grandes cantidades de datos, lo que sólo es posible sobre la base de una plataforma de arquitectura abierta. ¿Qué sistemas: NVR o DVR híbrido liderarán el mercado en los próximos 5 años? ¿Qué esperar del mercado? ¿Qué tendencias y tecnologías?

Sistemas híbridos

La empresa inglesa IMS Research realizó un estudio de mercado que demostró que la transición de la tecnología analógica a la tecnología de red se ha vuelto más dinámica. El mercado de tecnologías de videovigilancia en red, incluidas cámaras, servidores y grabadores de video en red, creció un 42 por ciento en 2006. Se espera que el mercado siga creciendo hasta alcanzar los 2.600 millones de dólares en 2010. Esto sugiere que los productos de red, como las cámaras, representarán sólo un tercio del total de envíos de cámaras en 2010. Pero según la misma investigación, la industria de la seguridad se resiste obstinadamente al cambio y la adopción de nuevas tecnologías será más lenta. La principal tarea de los proveedores y fabricantes es explicar al mercado las ventajas de las tecnologías de red sobre el CCTV analógico tradicional. ¿Cuál es el problema de la confrontación? Muchos administradores de IP (especialistas, administradores de sistemas) no están satisfechos con el gran flujo de datos que generan los dispositivos de videovigilancia en la red. «Es por eso que incluso fabricantes como Bosch siempre tendrán el viejo DVR en su línea de productos», dijo. señala Jan-Bart Mul, director de marketing de la división de sistemas digitales de Bosch Security Systems. – Dado que los costos de las cámaras representan la mayor parte de cualquier sistema, habrá demanda de sistemas híbridos que funcionen con cámaras analógicas y de red, especialmente DVR híbridos. La hibridación es una funcionalidad necesaria”.

Vision Systems, la principal empresa de DVR de Australia, se hace eco de este sentimiento. Dada la prevalencia y la cantidad de cámaras analógicas, la capacidad de trabajar en conjunto con ambas tecnologías será demandada durante varios años. Según Tim Farrow, director de diseño de Vision Systems, «la capacidad de la red será el mayor dolor de cabeza y el factor limitante para el desarrollo de soluciones IP escalables».

Simultáneamente con la adaptación para el funcionamiento de la red, la compresión y la capacidad del sistema, los actores del mercado están tratando de encontrar una manera de buscar de manera más cómoda y rápida la información registrada y analizarla. Además, existe una cuestión urgente de seguridad de la información, restringiendo el acceso a grabaciones de vídeo y métodos de protección y cifrado de datos de vídeo.

Almacenamiento de datos

La alta capacidad, la confiabilidad y la velocidad de escritura/lectura de los discos duros serán muy importantes en el futuro. Con la capacidad cada vez mayor y el costo cada vez menor de los discos duros, los DVR están llenando un nicho importante en el mercado de la seguridad. Dieter Dallmeier, fundador de Dallmeier Electronic, uno de los pioneros en el desarrollo de DVR, explica que a pesar del importante aumento de la capacidad de memoria en los últimos 15 años, la capacidad de los discos duros ha aumentado de 100 megabytes en 1992 a 500 gigabytes en 2006, y la mejora constante de los métodos de compresión, el problema de la copia de seguridad y el almacenamiento de datos todavía existe en la actualidad. Ahorrar espacio en disco es clave. Los DVR están disponibles con una gran cantidad de espacio en disco. Actualmente, los discos convencionales pueden alcanzar fácilmente tamaños desde 600 gigabytes hasta 2 terabytes. En sistemas IP grandes, el DVR debe estar conectado a múltiples sistemas de almacenamiento. “Lo que importará en el futuro es la compatibilidad con matrices de almacenamiento externo conectado a la red, unidades RAID y NAS (almacenamiento conectado a la red) y unidades adicionales intercambiables en caliente”, — Jean-Bart Mul está convencido.

Algunas empresas, como 3VR, ofrecen soluciones que cuentan con autoprueba y autocontrol para evitar, por ejemplo, casos en los que una cámara de seguridad se apaga, falla un dispositivo de almacenamiento de datos o cuando faltan datos de vídeo. Esto reduce significativamente el tiempo y los costes de mantenimiento, así como el riesgo de pérdida de datos.

Tecnologías de compresión de datos

También se están desarrollando tecnologías de compresión de imágenes. H.264 es el códec más avanzado que le permite recibir imágenes de alta calidad mientras transmite video en tiempo real con una carga mínima en la red. En sistemas que utilizan H.264, el tamaño de la trama varía de 1 a 5 kilobytes. Las grabadoras con métodos de compresión dual como MPEG-4 y H264 o MJPEG y MPEG-4 también se están volviendo populares debido a su flexibilidad para conectarse a cámaras y servidores centrales. “A medida que evolucionan los canales de comunicación y los tamaños de almacenamiento, — dice el diseñador jefe de Vision Systems, Tim Furrow, — Las tecnologías innovadoras de compresión de vídeo en sistemas de videovigilancia y seguridad ya no serán tan importantes. Los dispositivos IP tendrán motores de análisis y almacenamiento integrados que permitirán una mejor gestión de la información. Estos dispositivos podrán indexar vídeos y transmitir sólo las partes importantes a un servidor central, en lugar de transmitir y almacenar toda la información. Esto reducirá los requisitos del canal de comunicación y el coste de creación del sistema en su conjunto”. GEUTEBRÜCK lanzó recientemente una nueva versión del software GscView, que incluye la capacidad de controlar codificadores de vídeo. Un sistema de este tipo no sólo reduce significativamente el volumen de datos y la carga de canales, sino que también permite que un procesador Core2Duo convencional muestre simultáneamente hasta 100 cámaras de vídeo en directo a 25 fps en formato MPEG-4. Esto requiere un mecanismo especial, llamado controlador de velocidad, para monitorear constantemente el funcionamiento de los monitores y garantizar que los datos de video no se transmitan más rápido de lo que pueden procesarse. La segunda tarea — Se trata de una transmisión dinámica en vivo (DLS) que garantiza que los códecs de hardware siempre compriman y transmitan la imagen de vídeo con el tamaño y la calidad requeridos para la ventana de visualización actual.

Búsqueda de datos

A pesar de todos los beneficios de los DVR o NVR actuales, tienen un problema común. Con la capacidad de almacenar información grabada de una gran cantidad de cámaras, los equipos de seguridad se enfrentan a grandes volúmenes de información muy difíciles de utilizar. En caso de un incidente, como un robo o un intento de ataque terrorista, no hay duda de que se garantizará que toda la información quedará registrada. Pero el problema es el tiempo que lleva examinar cientos o miles de horas de vídeo en vivo desde una simple cámara para encontrar los datos que necesita. Muchas empresas están trabajando en la creación de DVR no tradicionales con sistemas de recuperación de datos inteligentes y profundos. Una mayor funcionalidad también incluirá sistemas sofisticados para analizar datos grabados integrados en el DVR para buscar rápidamente eventos sospechosos. Por ejemplo, los archivos de metadatos (cadenas de texto que contienen palabras clave que describen escenas individuales) que se envían junto con un clip de vídeo al dispositivo de grabación son mucho más pequeños y más fáciles de buscar rápidamente, a diferencia de buscar un cuadro de movimiento directamente en el archivo. archivo de vídeo. Esto permite reducir a unos pocos segundos el tiempo de búsqueda y acceso a escenas y eventos de interés, ya que se utiliza un algoritmo especial, similar al utilizado en los sitios de búsqueda de Internet.

Pero además de analizar los eventos registrados, también juega un papel importante el seguimiento de la situación en tiempo real. El método tradicional de vigilancia por vídeo ya no puede hacer frente al creciente número de cámaras y a la arquitectura de los sistemas modernos. Un camarógrafo no podrá físicamente controlar tantas cámaras y percibir adecuadamente la situación y reaccionar. Por tanto, la tendencia del mercado es la transición hacia sistemas de análisis inteligentes. Como se mencionó anteriormente, la idea principal para construir sistemas distribuidos de gran capacidad es el uso de dispositivos finales que procesan la imagen de video de la cámara y envían al operador solo eventos sospechosos que requieren atención. Pero resulta que aquí también hay dificultades que requieren soluciones y medidas organizativas modernas.

IPoIP (procesamiento de imágenes a través de redes IP)
Procesamiento de vídeo a través de IP — redes

Recientemente se han dedicado muchos esfuerzos al desarrollo de algoritmos que puedan extraer información de valor para su análisis a partir de imágenes estáticas y en streaming. Como resultado, se han creado métodos que permiten trabajar tanto con imágenes actuales como grabadas, y estos algoritmos pueden funcionar tanto en plataformas de software como de hardware. Sin embargo, estas plataformas pueden procesar simultáneamente datos de sólo un pequeño número de cámaras (en la mayoría de los casos, según la fuente original, no más de uno o dos canales). Hay dos tipos principales de construcción de sistemas.

En el primer caso, el dispositivo de procesamiento de video está ubicado muy cerca de la cámara de video, realiza el procesamiento primario de datos y luego el resultado se envía a través de la red a un servidor central o estación de monitoreo. Normalmente, una PC actúa como un dispositivo de procesamiento de imágenes para resolver problemas complejos, pero recientemente ha aumentado la proporción de servidores independientes basados en procesadores DSP (procesador de señal digital) o incluso ASIC (circuito integrado de aplicación específica). Estos dispositivos realizan tareas de análisis de imágenes y envían información a la red cuando hay un evento significativo (como la detección de movimiento). Al mismo tiempo, se pueden instalar dispositivos de digitalización de vídeo junto a la cámara para organizar el seguimiento remoto, que pueden transmitir vídeo de diferente calidad y resolución, adaptándose al ancho de banda de la red. La transmisión de vídeo suele transmitirse en formatos MJPEG, MPEG-4 o similares. Básicamente, se trata de una solución basada en servidores de vídeo IP con detectores de movimiento, sensores y canales clave integrados. Por un lado, esta solución es eficaz porque tiene una carga baja en la red y proporciona suficiente distribución y flexibilidad. Pero, por otro lado, tiene una serie de desventajas:

como regla general, cada canal de video requiere su propio dispositivo, lo que, con un sistema grande, conduce a un aumento significativo en el costo. del proyecto;
es imposible mejorar el procesador, sólo cambiar o utilizar una PC para tareas analíticas más complejas;
En el caso de la instalación de cámaras en exteriores que requieren tareas analíticas complejas, por ejemplo, en carreteras para controlar el tráfico, es imposible utilizar una PC debido a su inadecuación para trabajar «al aire libre» en condiciones climáticas adversas, o el uso Se requieren soluciones costosas para transmitir imágenes de vídeo a largas distancias;
Las soluciones basadas en DSP requieren más esfuerzo y costos de desarrollo debido a capacidades limitadas y herramientas de desarrollo de nivel inferior.

En otro caso, el servidor central actúa como núcleo de procesamiento de vídeo. Todas las tareas de análisis de vídeo de todas las cámaras del sistema se asignan a un potente recurso informático. Desde el punto de vista del hardware, esta solución está más justificada económicamente y es más adecuada para proyectos grandes. Pero esta solución sólo es posible si ocurren muy pocos eventos significativos en las cámaras, lo que requiere pocos recursos y permite que un servidor trabaje con una gran cantidad de cámaras. Pero en una solución de este tipo, el cuello de botella es la red, ya que se imponen mayores exigencias a su rendimiento. Dado que todo el análisis de vídeo se realiza en el servidor, allí debe llegar una imagen de vídeo digitalizada de alta calidad, es decir, sin comprimir. Cuando una solución de este tipo funciona en una red con una pequeña cantidad de cámaras, todo estará bien, pero si la cantidad de cámaras aumenta, resulta poco práctica debido a los altos costos de organizar las comunicaciones en red. Esta solución es más aplicable cuando no es necesario procesar cada cuadro de video en vivo, sino solo algunos cuadros raros.
Habiendo comprendido todas las limitaciones de ambas soluciones, Agent Vi se propuso la tarea de crear una solución que:

podría trabajar simultáneamente con varias y miles de cámaras;
proporcionó escalabilidad a bajos costos;
las cámaras podrán instalarse en cualquier ubicación geográfica sin restricciones, siempre que exista una red IP en esa ubicación;
la capacidad de ver cualquier cámara desde el sitio de monitoreo;
La imagen de cada cámara se puede procesar mediante varios algoritmos inteligentes. Los datos del análisis deben ingresarse en una base de datos central y estar disponibles para su visualización desde el sitio de monitoreo;
la capacidad de agregar fácilmente nuevos algoritmos o adaptar los existentes a tareas específicas sin costos significativos para actualizar el sistema;
la capacidad de trabajar con eventos de una o varias cámaras; los eventos multicámara combinan información de varios sensores, lo que le permite identificar eventos de máxima importancia;
en áreas silvestres (pasos elevados, fronteras, carreteras), donde no existe una infraestructura desarrollada, los requisitos de suministro de energía y canales de comunicación, especialmente inalámbricos, son los más importantes. Para tareas en las que el consumo de energía es crítico, es imposible utilizar una PC.

Arquitectura IPoIP

La arquitectura IPoIP fue creada para cumplir con los requisitos anteriores y resolver los siguientes problemas:

proporcionar una solución rentable para aplicaciones de procesamiento de video desde una gran cantidad de cámaras sin limitar la probabilidad de detección y aumentar el número de falsas alarmas;
la capacidad de utilizar cualquier algoritmo para cualquier cámara, incluso si están alejadas geográficamente y en condiciones de funcionamiento limitadas;
la capacidad de aplicar una gran cantidad de algoritmos simultáneamente para cualquier cámara sin limitar al usuario a trabajar con una sola aplicación.

La singularidad de IPoIP radica en su arquitectura de procesamiento de imágenes distribuidas. En lugar de realizar análisis de vídeo sólo cerca de la cámara (servidor de vídeo IP, PC) o sólo en un servidor central, la nueva arquitectura permite utilizar ambas opciones simultáneamente. El proceso en sí se divide en dos partes y se divide entre dispositivos de digitalización de hardware y un servidor central. En este caso, IPoIP resume las ventajas de ambas soluciones y es independiente de sus desventajas.

La idea detrás de esta separación es que cada cámara tenga un microprocesador dentro del codificador de video para comprimir el video. Este procesador fijo de bajo coste es muy adecuado para realizar varias de las tareas descritas anteriormente, lo que permite enviar pequeñas cantidades de información importante a un servidor central para un análisis más detallado. Por ejemplo, en el caso de determinar una matrícula, un analizador de vídeo situado junto a la cámara encuentra la imagen de la matrícula en el fotograma y no transmite todo el fotograma a través de la red (que ocupa aproximadamente 1 MB en calidad original), pero sólo la imagen de la matrícula al servidor central para su análisis. Si los datos de origen son insuficientes, el servidor central puede solicitar información adicional para su análisis, por ejemplo, el color del coche o el contorno para su clasificación.
En este caso, el sistema combina la alta calidad del vídeo de origen. y la potencia de procesamiento y la flexibilidad del procesador central sin el costo de una red costosa.

Basado en materiales:
http://asmag/asm/common/article_detail.aspx?c=1& #038;module=1&id=4128
Revista A&S International, junio de 2007, número 102
artículos “Video inteligente. Las soluciones abordan los obstáculos de la vida real», «Procesamiento de imágenes a través de una red IP (IPoIP)», «Impulsando la próxima generación de soluciones de inteligencia procesables»
http://boschsecurity
http://honeywell
http://camerasecuritynow
http://agentvi
http://guia-de-video-vigilancia/