Jak Axis rewolucjonizuje systemy dozoru dzięki nagradzanej technologii radarowej

(Na zdjęciu powyżej od lewej: Carl-Axel Alm, Andres Vigren, Elin Sällberg, Aras Papadelis, Niklas Lindman i Nicklas Olofsson.)

Był rok 2015. Kamery systemu dozoru zyskiwały coraz większe możliwości, oferując coraz wyższe rozdzielczości i przełomowe osiągnięcia w zakresie kompresji. Jednak pomimo tego postępu branża musiała zmierzyć się z powszechnym wyzwaniem. Takim, które dokuczało wszystkim klientom bez wyjątków: fałszywe alarmy.  

„W tamtym czasie kamery nie miały żadnych sprawdzonych sposobów wykrywania ludzi i pojazdów w scenie” — wyjaśnia Aras Papadelis, Expert Engineer w Axis. „Ptaki, owady na obiektywie, a nawet silne opady deszczu i wiatr wyzwalały alarmy, niekiedy setki razy dziennie. To był ogromny problem”. Dozór w nocy nie wyglądał lepiej. W słabo oświetlonych scenach obiekty mogły zostać przeoczone, z kolei różne efekty świetlne mogły powodować fałszywe alarmy. 

Innowacje w celu przezwyciężenia fałszywych alarmów 

Przed zespołem inżynierów Axis postawiono zadanie rozwiązania tego problemu. Dobrym, choć nieprzetestowanym, kandydatem do rozwiązania został radar, który dostarczał danych o prędkości, odległości i kierunku ruchu, niezależnie od warunków oświetleniowych. „Pomysł polegał na tym, że radar, jako technologia zaprojektowana do wykrywania i śledzenia ruchu, będzie bardziej niezawodnym wyzwalaczem” - dodaje Nicklas Olofsson, dyrektor ds. badań w dziale kamer stałych i radarów. „Operatorzy mieliby znacznie mniej fałszywych alarmów do przeszukania, a ilość zasobów pamięci masowej potrzebna na nieprzejrzane nagrania byłaby znacznie mniejsza”.

Branża motoryzacyjna toruje drogę  

„Jednak w tamtym czasie w branży zabezpieczeń nie istniało żadne rozwiązanie nadające się do wykorzystania” — kontynuuje Olofsson. „Do tej pory radar był wykorzystywany wyłącznie do celów wojskowych lub do bardzo zaawansowanych, a tym samym bardzo kosztownych systemów dozoru”. Były to specjalistyczne systemy o dużej mocy, monitorujące powierzchnię jednego kilometra kwadratowego, produkowane w tak małych ilościach, że produkcja była bardzo kosztowna. Co więcej, „nie można było łatwo zintegrować ich z oprogramowaniem do zarządzania materiałem wizyjnym (VMS), więc kalibracja ich do pracy z kamerami była niezwykle wymagająca pod względem technicznym”.  

Tak naprawdę, to przemysł motoryzacyjny sprawił, że radar stał się opłacalną opcją. W tym właśnie okresie w wyposażeniu samochodów pojawił się tempomat i funkcje wspomagania kierowcy. Wykorzystywano w nich inną formę radaru, zbudowaną z macierzy antenowych zamiast typowych skanerów mechanicznych, o których wiele osób myśli, gdy słyszy słowo radar.  

Zespół sześciu inżynierów w misji 

„Byliśmy bardzo małym zespołem” — podkreśla Papadelis. „Tylko trzech programistów pracowało nad algorytmem śledzenia: ja, elektronik i mechanik. I nikt z nas nigdy wcześniej nie miał do czynienia z radarem. Ale wiedzieliśmy, że członkowie zespołu ds. produktów, koncepcji i nowych pomysłów (PCNI), w tym starszy ekspert Carl-Axel 'Cacke' Alm, eksperymentowali z nowymi radarami samochodowymi." Zbudowali działający prototyp, który współpracował z AXIS Camera Application Platform (ACAP) w celu oznaczania poruszających się obiektów, które mogą być ludźmi lub pojazdami.

Projekt „Klinger” nabiera kształtów 

Ponieważ te mniejsze radary były produkowane masowo, koszt zakupu części byłby teoretycznie znacznie niższy. Wyzwaniem było znalezienie dostawcy. „Próbowaliśmy szczęścia z jednym z gigantów motoryzacyjnych, ale oni po prostu nie chcieli nam tego sprzedać. Jednak nie poddaliśmy się! Po poważnych badaniach i negocjacjach znaleźliśmy niemieckiego producenta radarów, który chciał i mógł dostarczyć nam moduły”. 

To była prawdziwa trampolina dla zespołu. „Wstępne sprawdzenie koncepcji i pozyskanie modułu radarowego przez zespół PCNI naprawdę wprawiło wszystko w ruch” — dodaje Olofsson. „Wtedy, aby nadać sprawom oficjalny bieg, postanowiliśmy rozpocząć projekt produktowy o nazwie „Klinger”, od kaprala Klingera, przyjaciela kaprala Radara z serialu telewizyjnego M*A*S*H. Wiedzieliśmy, że przed nami dużo ciężkiej pracy i improwizowania, ale poczuliśmy zew pionierów i pragnienie pójścia do przodu”. 

Pierwszy pilotaż: teren przemysłowy 

„Miejscem naszej pierwszej instalacji był teren przemysłowy dla Byggmax, szwedzkiego dostawcy materiałów budowlanych” — kontynuuje Olofsson. "Product Manager, Andres Vigren, zidentyfikował go jako naprawdę obiecującego kandydata i punkt odniesienia dla przyszłych instalacji. W czasie krótkiej przejażdżki po mieście i pobliskim terenie przemysłowym zauważył niezliczone, prawie identyczne parcele, z których każda korzystała z wielu reflektorów i kamer, aby odstraszyć pieszych — wszystkie miały te same problemy." 

„To był dla nas przyjemny i dobry punkt wyjścia” — wtrąca Papadelis. „Pozwolił nam skoncentrować się na dozorze obszarowym, monitorowaniu odległości między budynkiem a otaczającym go ogrodzeniem”. Jednak spowodowało to spiętrzenie trudności, ponieważ zespół szybko odkrył, że radar nie jest pozbawiony własnych wyzwań. Po pierwsze, pokrycie. „Radary tego typu zakłócają się wzajemnie, ograniczając liczbę użytecznych urządzeń do zaledwie dwóch” — kontynuuje. „Elin Sällberg, kierownik ds. inżynierii Core Technologies Radar, kilka lat później założyła zespół skupiający się na przetwarzaniu sygnałów i komunikacji urządzeń”. Praca jej zespołu okazała się kluczowa dla zwiększenia liczby radarów, które można wdrożyć. 

Budowa zestawów danych: pożyczone psy i wizyty w ZOO  

„Pamiętam jeden z naszych pierwszych nocnych testów. Podczas studiowania zapisu cieszyliśmy się »Wow, możemy zobaczyć króliki«. A kilka minut później stwierdziliśmy: »Nieee! Widzimy króliki«” — śmieje się Cacke. To rzuciło światło na drugie, nie mniej ważne, wyzwanie związane z danymi klasyfikacyjnymi. Bez danych, które informują o namierzanym obiekcie, radary wyzwalają prawie tyle fałszywych alarmów, co kamery, którym mały pomóc. Takie dane nie istniały.  

Nie było wyjścia. Zespół zaczął od podstaw tworzyć duże i zróżnicowane zestawy danych (ciągle rozszerzane), ze szczególnym ukierunkowaniem na zwierzęta. Dane były pozyskiwane w każdy możliwy sposób, od wypożyczania psów i wizyt w ZOO po prośby do kolegów z zagranicy o dane na temat szopów. 

„Pamiętam, jak w nocy wyjeżdżałem na pole koło Malmö, gdzie jak mi mówiono, jest pełno królików” — mówi Papadelis. „Ustawiłem sprzęt rejestrujący o godzinie 20:00 i wróciłem wcześnie rano, aby zabrać sprzęt i analizować zapisane dane. Innym razem fińska firma energetyczna pomogła zebrać dane dotyczące królików, które często odwiedzały ich elektrownie". Takie zestawy klasyfikacji umożliwiają radarom skuteczne eliminowanie zakłóceń detekcji oraz bardzo dokładne określanie, czy obiekt jest osobą czy pojazdem.  

Śledzenie ruchu człowieka po raz pierwszy 

„Zdarzały się fantastyczne chwile uniesień”, kontynuuje. „Dla mnie takim momentem była pierwsza detekcja człowieka i śledzenie jego ruchu w czasie rzeczywistym. Pamiętam, jak trzymałem prototyp radaru za oknem w moim biurze i widziałem osobę wizualizowaną przez radar na moim ekranie. To było wspaniałe uczucie!”. 

Dzięki tym wielkim wysiłkom próby zakończyły się sukcesem. Udowodniono wykonalność koncepcji i wyznaczono wyraźne obszary na których należy skupić rozwój.  

Rozwój radarów Axis nabiera rozmachu 

Od samego początku prac rozwojowych nad radarami Axis skupiono się na pięciu głównych aspektach: 

• Zespół opracuje produkcję modułów radarów we własnym zakresie, zamiast używać standardowych radarów samochodowych.   
• Firmware bazuje na tej samej platformie, co wszystkie produkty wideo Axis, aby uprościć procesy rozwoju. 
• Priorytetem jest integracja z istniejącymi systemami VMS, w szczególności z systemami Axis Camera Station (ACS), Genetec i Milestone. 
• Informacje radarowe są wysyłane do systemu VMS jako strumień wideo.  
• Urządzenia są zasilane przez PoE w celu ułatwienia instalacji. 

Po kilku ćwiczeniach zespół rozpoczął pracę nad produkcją pierwszej generacji produktów komercyjnych. „Z tych pierwszych projektów było jasne, że radar będzie często łączony z kamerą” — wyjaśnia Olofsson.  

„Wzbudziło to ambicje stworzenia aplikacji, za pomocą której radar miał sterować kamerą PTZ (pan-tilt-zoom) śledzącą obiekty wykryte przez radar podczas ich poruszania się na rozległym obszarze” — kontynuuje Olofsson — „Następnym krokiem miało być przejście do budowy pewnego rodzaju hybrydy, jednostkowego urządzenia z możliwościami zarówno wideo, jak i radaru”.   

Uruchomienie pierwszego detektora radarowego 

Zaledwie rok po rozpoczęcia realizacji pomysłu wykorzystania radaru firma Axis wprowadziła na rynek D2050-VE Network Radar Detector, pierwszy dostępny na rynku autonomiczny detektor radarowy. Te radary kosztowały od pięciu do trzydziestu razy mniej niż jakiekolwiek alternatywy na rynku i można je było łatwo integrować z istniejącymi systemami dozoru.

„Wprowadzenie na rynek detektora AXIS D2050-VE Network Radar Detector było dla zespołu ogromnym wydarzeniem” — dodaje Andres Vigren. „Byłem wtedy menedżerem produktu i pamiętam, jak pozytywne były reakcje klientów i całego rynku na ten produkt. Nie tylko zdobył wiele pozytywnej uwagi i wyrazów uznania za innowacyjność, ale także otrzymał nagrody, na przykład SIA New Product Showcase Award na targach ISC West w 2018 roku, co podkreśliło jego wpływ na branżę zabezpieczeń i innowacyjność”.

Samodzielna produkcja to lepsza kontrola

„Podjęliśmy również bardzo ważną decyzję, aby we własnym zakresie produkować wszystkie moduły radarowe”, dodaje Elin Sällberg. "Mojemu zespołowi potrzebna była pełna kontrola nad częściami, aby odblokować ważne ścieżki dla badań i rozwoju w zakresie przetwarzania sygnałów. I to naprawdę się opłaciło. Dzięki własnej produkcji byliśmy w stanie skoncentrować się na szerokim zakresie detekcji, zapewniając pokrycie 180 stopni bez przerw przez jeden produkt. Mieliśmy pełną kontrolę nad projektem i byliśmy w stanie budować anteny i układy przetwarzania sygnału zoptymalizowane pod kątem zastosowań związanych z bezpieczeństwem. Co ważne, a być może najważniejsze, dowiedzieliśmy się, jak wdrożyć do sześciu radarów w tej samej strefie bez narażania się na problemy z zakłóceniami." 

Pierwsza na świecie hybrydowa kamera wideo-radarowa 

Radar szybko zdobywał rynek, a z biegiem lat pojawiło się kilka nowych generacji urządzeń. Dzięki pracy Elin i jej zespołu obecnie można użyć do ośmiu radarów jednocześnie, a postęp w dziedzinie głębokiego uczenia się i oprogramowania oznacza dla klientów możliwość wykorzystania radaru do wszystkich rodzajów zastosowań. Sterowane radarowo śledzenie PTZ, opracowane przez Leifa Perssona z działu PTZ i zespół Podracera, okazało się ogromnym sukcesem. Mimo to jednak pomysł na kamerę hybrydową typu „dwa w jednym” pozostał niezdobytym celem. Tak było do roku 2021.  

„To było prawdziwe wyzwanie, rodzące niekończące się, jak się wydawało, problemy”, wyjaśnia Papadelis. „Jednak wiedzieliśmy, że ta koncepcja jest zbyt dobra, aby z niej zrezygnować. Po ciężkiej pracy i maksymalnym zaangażowaniu zespołu wreszcie zbudowaliśmy działający prototyp, który mógł działać w trybie hybrydowym na żywo. Kiedy uruchomiliśmy go, od razu potwierdziło się, że to zwycięska koncepcja."  

Firma AXIS oficjalnie wprowadziła na rynek pierwszą na świecie hybrydową kamerę wideo-radarową AXIS Q1656-DLE. Urządzenie nie tylko oferuje synergię dwóch technologii pracujących w idealnej synchronizacji, ale jest również wyposażone w specjalny tryb ruchu do gromadzenia, wizualizacji i wykorzystywania prędkości pojazdu na potrzeby statystyk ruchu drogowego.  

Refleksje na temat ewolucji technologii radarowej

Niklas Lindman, kierownik ds. produktów radarowych w firmie Axis, myśli o drodze do tego celu. „Patrząc na historię prac w Axis nad produktami radarowymi i ich późniejszą integracją z systemem kamer, mogę wyciągnąć dwa wnioski. Po pierwsze, wiele założeń, które przyjęliśmy kilka lat temu, jest obecnie uznawanych za fakty. Podążaliśmy za naszymi intuicjami, ponieważ widzieliśmy potencjał jaki niosą te pomysły. Połączenie tych technologii w jedno rozwiązanie wydaje się oczywiste, ale jego realizacja wymagała od zespołu wykazania się naprawdę niestandardowym myśleniem. I bez wątpienia przedstawia wyjątkową wartość także współcześnie. Po drugie, to nie jest tak, że szczyt innowacyjności przypadł na premierą pierwszego produktu. Połączenie różnych technologii może dać początek niezliczonym nowym pomysłom i kładzie podwaliny pod niektóre z najbardziej innowacyjnych rozwiązań obecnie. Przyszłość w dalszym ciągu maluje się w jasnych barwach”. 

W miarę nieuchronnego przechodzenia branży systemów dozoru i ochrony na rozwiązania proaktywne i zapobiegawcze, możliwości oferowane przez takie technologie jak połączenie wideo i radaru będą stawać się coraz ważniejsze. Jednak to dzięki wykwalifikowanemu i innowacyjnemu zespołowi Axis, który z zaangażowaniem, determinacją i pasją realizuje swoją wizję, mamy technologię radarową w różnych lokalizacjach na całym świecie.

Nicklas Olofsson, Aras Papadelis, Niklas Lindman, Elin Sällberg, Andres Vigren i Carl-Axel „Cacke” Alm wnieśli swój wkład w tę historię. 

Szczególne podziękowania kierowane są do całego zespołu projektowego „Klinger”, do działu PCNI, do zespołu „Podracers” oraz do Leifa Perssona.