Nonostante abbia più di 100 anni, la tecnologia radar è stata utilizzata nella sorveglianza commerciale solo negli ultimi 10 anni. Dopo aver vinto 14 premi per il design e l'innovazione per il suo lavoro, abbiamo parlato con il team di Axis responsabile della diffusione del radar.
(Nell'immagine in alto da sinistra: Carl-Axel Alm, Andres Vigren, Elin Sällberg, Aras Papadelis, Niklas Lindman e Nicklas Olofsson)
Era il 2015. Le telecamere di sorveglianza stavano diventando più potenti, con una risoluzione sempre più elevata e progressi rivoluzionari nella compressione. Tuttavia, nonostante questo sviluppo, il settore si è trovato ad affrontare una sfida pervasiva, che ha colpito indiscriminatamente i clienti: i falsi allarmi.
"All'epoca, le telecamere non avevano mezzi affidabili per rilevare persone e veicoli presenti in scena", spiega Aras Papadelis, tecnico esperto di Axis. "Uccelli, insetti sulle lenti o persino forte pioggia e vento attivavano i sistemi anche centinaia di volte al giorno. Era un problema enorme". Di notte si verificava il problema opposto. A causa di scene scarsamente illuminate, certi oggetti non venivano rilevati o diversi effetti luminosi difficili potevano causare falsi allarmi.
Innovazione per superare i falsi allarmi
Un team di ingegneri Axis è stato incaricato di risolvere questo problema. Fornendo informazioni su velocità, distanza e direzione indipendentemente dalle condizioni di illuminazione, il radar ha rappresentato una soluzione solida ma non collaudata. "L'idea era che il radar, come tecnologia progettata per rilevare e tracciare il movimento, sarebbe intervenuto in modo più affidabile", aggiunge Nicklas Olofsson, Direttore R&S Fixed Cameras & Radar. "Gli operatori avrebberoavuto molto meno falsi allarmi da filtrare e la quantità di archiviazione necessaria per le riprese non esaminate sarebbe stata significativamente inferiore."
L'industria automobilistica ha aperto la strada
"Ma in quel momento non esisteva nulla di adatto nel settore della sicurezza", continua Olofsson. "Finora, il radar era stato utilizzato solo per scopi di sorveglianza, da soluzioni militari o molto avanzate e quindi molto costose." Si trattava di impianti specializzati ad alta potenza, che coprevano aree di un chilometro quadrato e venivano prodotti in volumi talmente ridotti da rendere la produzione estremamente costosa. Inoltre, "non si integravano facilmente con i sistemi software di gestione video (VMS) e quindi calibrarli per farli funzionare con le telecamere era estremamente tecnico."
Proprio l'industria automobilistica ha fatto del radar un'opzione commercialmente fattibile. Allo stesso tempo, si è iniziato a dotare le automobili di funzioni di controllo della velocità e di assistenza alla guida. Si utilizzava una forma diversa di radar, costruita utilizzando array di antenne invece degli iconici scanner meccanici a cui pensano molti quando sentono la parola radar.
Un team di sei ingegneri in missione
"Eravamo un team molto piccolo", spiega Papadelis. "C'erano solo tre sviluppatori di firmware, io, che ho sviluppato il nostro algoritmo di tracciamento, un ingegnere elettronico e un ingegnere meccanico. E nessuno di noi aveva mai lavorato con il radar prima di allora. Ma sapevamo che i membri del team Products, Concepts & New Ideas (PCNI) e il Senior Expert Engineer Carl-Axel 'Cacke' Alm, uno di loro, stavano sperimentando questi nuovi radar automobilistici." Avevano creato un prototipo funzionante che lavorava con la piattaforma di applicazioni per telecamere Axis Camera Application Platform (ACAP) per segnalare agli utenti oggetti in movimento che potevano essere persone o veicoli.
Prese forma il progetto "Klinger"
Poiché questi radar più piccoli venivano prodotti in massa, il costo di approvvigionamento dei componenti sarebbe stato, in teoria, significativamente inferiore. La sfida era trovare un fornitore. "Abbiamo provato la nostra fortuna con uno dei giganti dell'automobile, ma non voleva venderci nulla. Ma non ci siamo mai arresi! Dopo una serie di ricerche e negoziazioni, abbiamo trovato un produttore tedesco di radar disposto e in grado di fornirci i moduli."
È stato il trampolino di lancio perfetto per il team. "La prova di concetto iniziale del team PCNI e l'approvvigionamento del modulo radar hanno davvero messo le cose in movimento", aggiunge Olofsson. "Quindi, per rendere le cose ufficiali, abbiamo deciso di avviare un progetto di prodotto chiamato 'Klinger', dal nome del caporale Klinger, amico del caporale Radar nella serie TV M*A*S*H. Sapevamo che ci aspettavano molto lavoro duro e improvvisazione, ma avevamo uno spirito pionieristico e ci siamo andati avanti."
Il primo pilota: un lotto industriale
"Il nostro riferimento iniziale per l'installazione era un lotto industriale per Byggmax, fornitore svedese di materiali da costruzione", continua Olofsson. "Il Product Manager, Andres Vigren, lo aveva identificato come un candidato davvero promettente e un riferimento per le installazioni future. Aveva fatto un breve giro per la città e nel vicino parco industriale e aveva notato innumerevoli lotti quasi identici, ognuno dei quali utilizzava più proiettori e telecamere per scoraggiare gli intrusi - tutti avrebbero dovuto affrontare gli stessi problemi."
"È stato un bel punto di partenza accessibile per noi", dice Papadelis. "Ci permette di concentrarci sulla sorveglianza di un'area, monitorando la distanza tra un edificio e la recinzione circostante." Tuttavia, ha comportato una curva di apprendimento ripida, poiché il team ha presto osservato che il radar non mancava di varie sfide. La prima era la copertura. "I radar di questo tipo interferiscono tra loro, limitando il numero di dispositivi utilizzabili a soli due", continua. "Elin Sällberg, Engineering Manager Nucleo Tecnologie Radar, ha fondato un team che si occupava dell'elaborazione del segnale e della comunicazione dei dispositivi." Da allora, il lavoro del suo team si è dimostrato fondamentale per accrescere il numero di radar installabili.
Prestito di cani e visite agli zoo per costruire set di dati
"Ricordo uno dei nostri primi test eseguiti durante la notte. Quando abbiamo studiato la registrazione, abbiamo esclamato: "Wow, si possono vedere persino i conigli". Un paio di minuti dopo abbiamo detto "Nooo! Ecco i conigli", ride Cacke. Ciò ha evidenziato la seconda e altrettanto pressante sfida dei dati di classificazione. Senza dati che dicano a un radar cosa sta identificando, i radar attiverebbero quasi tanti falsi allarmi quanti quelli che le telecamere speravano di prevenire. Questo dato non esiste.
C'era solo una cosa per questo. Il team ha iniziato a costruire da zero set di dati grandi e vari (che sono ancora in fase di espansione), con uno sforzo concertato sugli animali. Fornirebbero dati da qualsiasi luogo, dal prestito di cani e dalle visite agli zoo, alla richiesta ai colleghi all'estero di acquisire dati sui ravanelli.
"Ricordo di essere andare in un campo fuori Malmö che, a quanto mi avevano detto, era pieno di conigli durante la notte", racconta Papadelis. "Ho impostato la mia apparecchiatura di registrazione alle 20:00 e sono tornato la mattina successiva presto per ritirare l'apparecchiatura e raccoglierne i dati. In un'altra occasione, una società elettrica finlandese ha aiutato raccogliendo dati sui conigli che frequenterebbero le loro centrali elettriche." Set di classificazione come questi consentono ai radar di rimuovere e ignorare efficacemente i rilevamenti di disturbo e determinare con estrema accuratezza se un oggetto è una persona o un veicolo.
Seguire un essere umano in movimento per la prima volta
"Abbiamo avuto dei momenti fantastici, eureka", continua. "Per la prima volta abbiamo rilevato e tracciato un movimento umano in tempo reale. Mi ricordo di aver tenuto il prototipo del radar fuori dalla finestra del mio ufficio e di cisto sullo schermo una persona visualizzata dal radar sul mio schermo. È stato così gratificante!"
Grazie a questi grandi sforzi, l'esercizio è stato un successo. Ha dimostrato la fattibilità del concetto e ha cancellato le aree di messa a fuoco dello sviluppo.
Lo sviluppo del radar Axis prende forma
Fin dalle prime fasi di sviluppo del prodotto, lo sviluppo del radar Axis si è concentrato su cinque elementi fondamentali:
- Il team avrebbe sfruttato lo sviluppo interno dei radar per la produzione in proprio dei moduli, anziché utilizzare i radar automobilistici standard.
- La piattaforma firmware si sarebbe basata sulla stessa piattaforma di tutti i prodotti video Axis per semplificare i processi di sviluppo.
- L'integrazione con i sistemi VMS esistenti sarebbe prioritaria, in particolare i sistemi Axis Camera Station (ACS), Genetec e Milestone.
- Le informazioni radar verrebbero inviate al VMS come flusso video.
- I dispositivi sarebbero alimentati tramite PoE per una facile installazione.
Con diverse lezioni in mano, il team si è messo al lavoro per produrre la prima generazione di prodotti disponibili in commercio. "Da questi progetti iniziali era chiaro che il radar sarebbe stato spesso abbinato a una telecamera visiva", spiega Olofsson.
"Ha acceso l'ambizione di creare un'applicazione software che consentisse al radar di controllare una telecamera PTZ (pan-tilt-zoom) in grado di seguire gli oggetti rilevati dal radar mentre si muovono su un'ampia area", continua Olofsson, "e poi di creare una sorta di fusione, un'unico dispositivo con funzionalità video e radar."
Lancio del primo rivelatore radar
Solo un anno dopo l'idea di utilizzare il radar, Axis ha lanciato il rivelatore radar di rete D2050-VE, la sua prima soluzione radar autonoma disponibile in commercio. Questi radar erano da cinque a trenta volte più convenienti di qualsiasi altra alternativa disponibile sul mercato e si integravano facilmente con i sistemi di sorveglianza esistenti.
"Il lancio di AXIS D2050-VE Network Radar Detector è stato un momento enorme per il team", aggiunge Andres Vigren. "All'epoca ero Product Manager e ricordo come i clienti e il mercato nel suo complesso hanno reagito alla sua disponibilità. Non solo ha attirato molta attenzione positiva e commenti sull'innovazione, ma ha anche ricevuto riconoscimenti come il SIA New Product Showcase Award all'ISC West nel 2018, sottolineando il suo impatto e l'innovazione nel settore della sicurezza."
Produzione interna per un controllo migliore
"Abbiamo anche preso l'importante decisione di portare in azienda tutta la produzione dei moduli radar", aggiunge Elin Sällberg. "Il mio team aveva bisogno di un controllo completo sui componenti per aprire vie vitali per la ricerca e lo sviluppo nell'elaborazione del segnale. E ha dato i suoi frutti. Grazie alla produzione in proprio siamo riusciti a concentrarci su un'ampia copertura di rilevamento, pari a 180 gradi in un unico prodotto senza interruzioni. Avevamo il pieno controllo della progettazione e potevamo costruire antenne ed elaborazione del segnale ottimizzate per finalità di sicurezza. Inoltre, e probabilmente la cosa più importante, abbiamo scoperto come installare fino a sei radar nella stessa zona senza problemi di interferenza."
La prima telecamera combinata radar-video al mondo
Il radar si è rapidamente diffuso con il lancio di diverse nuove generazioni di dispositivi nel corso degli anni. Grazie al lavoro di Elin e del suo team, è stato possibile utilizzare fino a otto radar contemporaneamente e i progressi nel deep learning e nel software hanno consentito ai clienti di sfruttare il radar per tutti i tipi di finalità. Il tracciamento PTZ controllato da radar, sviluppato da Leif Persson nel reparto PTZ e dal team Podracer, si è rivelato un enorme successo, eppure, nonostante tutto ciò, l'idea di una telecamera di due in uno è rimasta un obiettivo difficile. Questo fino al 2021.
"È stata una vera sfida, con problemi apparentemente infiniti", spiega Papadelis. "Ma sapevamo che era un'idea troppo buona per rinunciarvi. Quindi, dopo molto lavoro e dedizione da parte del team, abbiamo finalmente creato un prototipo funzionante che realizzava la fuzione radar-video dal vivo. Una volta messo in funzione, è stato subito chiaro che si trattava di un concetto vincente."
AXIS ha lanciato ufficialmente la prima telecamera combinata radar-video al mondo, la AXIS Q1656-DLE. Il dispositivo non solo offre entrambe le tecnologie, che funzionano in perfetta sincroniia, ma è dotato di una modalità di traffico dedicata per la raccolta, la visualizzazione e l'utilizzo della velocità dei veicoli per elaborare statistiche sul traffico.
Riflessioni sull'evoluzione della tecnologia radar
Niklas Lindman, oggi Product Manager per il radar presso Axis, riflette sul percorso seguito fino a questo punto. "Guardando indietro nella storia del perché noi di Axis abbiamo iniziato a sviluppare prodotti radar e poi a integrarli nel sistema di telecamere, posso trarre due conclusioni. Innanzitutto, molte delle nostre ipotesi di qualche anno fa oggi sono diventate realtà. Ci siamo fatti guidare dall'istinto perché avevamo intuito il potenziale di queste idee. Combinare queste tecnologie e riunirle in un'unica soluzione oggi sembra cosa ovvia, ma il team ha davvero dovuto pensare fuori dagli schemi per tradurla in realtà. E continua assolutamente a fornire valore anche oggi. In secondo luogo, l'innovazione non raggiunge mai il suo picco al momento del lancio iniziale di un prodotto. La combinazione di diverse tecnologie può dare origine a innumerevoli nuove idee e costituisce la base per alcune delle soluzioni più innovative di oggi. Il futuro è ancora molto luminoso."
Man mano che il settore della sorveglianza e della sicurezza continuerà a evolvere verso soluzioni proattive e preventive, i dettagli e le funzionalità offerte da tecnologie come la fusione video-radar diventeranno sempre più importanti. Ma è stato proprio grazie al team competente e innovativo di Axis, mosso dalla grinta, dalla determinazione e dalla volontà di trasformare una visione in realtà, se oggi la tecnologia radar si è diffusa in tutto il mondo.
Nicklas Olofsson, Aras Papadelis, Niklas Lindman, Elin Sällberg, Andres Vigren e Carl-Axel "Cacke" Alm hanno tutti contribuito a questa storia.
Un ringraziamento speciale va a tutto il team del progetto "Klinger", a PCNI, al team "Podracers" e a Leif Persson.