Apesar de ter mais de 100 anos, a tecnologia de radar só foi usada nos últimos 10 anos no monitoramento comercial. Agora que ganhou 14 prêmios de design e inovação por seu trabalho, falamos com a equipe da Axis responsável por levar o radar às massas.
(Na imagem acima a partir da esquerda; Carl-Axel Alm, Andres Vigren, Elin Sällberg, Aras Papadelis, Niklas Lindman e Nicklas Olofsson.)
Era o ano de 2015. As câmeras de monitoramento estavam se tornando mais poderosas, com resoluções cada vez maiores e avanços revolucionários na compactação. No entanto, apesar desse progresso, o setor enfrentou um desafio generalizado. Um que atormentava o cliente indiscriminadamente: alarmes falsos.
"Naquela época, as câmeras não tinham meios confiáveis de detectar pessoas e veículos na cena", explica Aras Papadelis, engenheiro especialista da Axis. "Aves, insetos nas lentes ou até mesmo chuva forte e vento acionavam os sistemas, às vezes centenas de vezes por dia. Era um problema enorme". À noite, o problema era o oposto. Cenas mal iluminadas significariam que objetos simplesmente seriam perdidos ou diferentes efeitos de luz desafiadores poderiam causar falsos alarmes.
Inovação para superar alarmes falsos
Uma equipe de engenheiros da Axis foi encarregada de resolver isso. Ao fornecer informações sobre velocidade, distância e direção, independentemente das condições de iluminação, o radar representava uma solução robusta, mas não testada. "A ideia era que o radar, como uma tecnologia projetada para detectar e rastrear movimento, seria um acionador mais confiável", adiciona Nicklas Olofsson, Diretor de P&D de Câmeras Fixas e Radar. "Os operadores teriam muito menos falsos alarmes para filtrar e a quantidade de armazenamento necessária para imagens não revisadas seria significativamente menor."
A indústria automotiva abriu o caminho
"Mas no momento não existia nada adequado no setor de segurança", continua Olofsson. "Até esse ponto, o radar só tinha sido usado para fins de monitoramento por soluções militares ou muito sofisticadas e, portanto, muito caras." Eram sistemas especializados de alta potência, cobrindo áreas por quilômetro quadrado e fabricados em volumes tão baixos que tornavam a produção extremamente dispendiosa. Além disso, "eles não se integravam facilmente aos sistemas de software de gerenciamento de vídeo (VMS) e, portanto, calibrá-los para trabalhar com câmeras era extremamente técnico."
Na verdade, foi a indústria automotiva que fez do radar uma opção comercialmente viável. Praticamente ao mesmo tempo, os carros começaram a ser equipados com controle de velocidade e recursos de assistência ao motorista. Eles usavam uma forma diferente de radar, construído usando matrizes de antenas em vez dos icônicos scanners mecânicos em que muitas pessoas pensam quando ouvem a palavra radar.
Uma equipe de seis engenheiros em uma missão
"Éramos uma equipe muito pequena", descreve Papadelis. "Havia apenas três desenvolvedores de firmware, eu, desenvolvendo nosso algoritmo de rastreamento, um engenheiro eletrônico e um engenheiro mecânico. E nenhum de nós tinha trabalhado antes com radares. Mas sabíamos que os membros da equipe de Produtos, Conceitos e Novas Ideias (PCNI) e o Engenheiro Especialista Sênior Carl-Axel 'Cacke' Alm, sendo um deles, estavam fazendo experiências com esses novos radares automotivos." Eles tinham criado um protótipo funcional que trabalhava com a Axis Camera Application Platform (ACAP) (plataforma de aplicativo de câmera) para sinalizar objetos móveis, que poderiam ser humanos ou veículos, para clientes.
O projeto "Klinger" tomou forma
Como esses radares menores estavam sendo produzidos em massa, o custo de aquisição de peças seria significativamente menor, em teoria. O desafio era encontrar um fornecedor. "Tentamos a sorte com um dos gigantes automotivos, mas eles simplesmente não queriam nos vender. Mas nunca desistimos! Após algumas pesquisas e negociações sérias, encontramos um fabricante de radar alemão que estava disposto e capaz de nos fornecer módulos."
Foi o trampolim perfeito para a equipe. "A prova de conceito inicial da equipe do PCNI e o fornecimento do módulo de radar realmente colocaram as coisas em movimento", adiciona Olofsson. "Então, para tornar as coisas oficiais, decidimos iniciar um projeto de produto chamado "Klinger", depois do Corporal Klinger, que foi amigo do Corporal Radar na série de TV M*A*S*H. Sabíamos que seria muito trabalho árduo e improvisação, mas mantivemos um espírito pioneiro e fomos em frente."
O primeiro piloto: um lote industrial
"Nossa referência inicial de instalação foi um lote industrial para a Byggmax, um fornecedor sueco de materiais de construção", continua Olofsson. "O Gerente de Produtos, Andres Vigren, identificou-o como um candidato realmente promissor e referência para futuras instalações. Ele deu um breve passeio pela cidade e pela área industrial nas proximidades e observou inúmeros lotes quase idênticos, cada um deles usando vários projetores e câmeras para dissuadir transgressões - todos os quais teriam enfrentado os mesmos problemas."
"Foi um ponto de partida agradável e acessível para nós", diz Papadelis. "Ele nos permitiu focar no monitoramento de área, monitorando a distância entre um edifício e sua cerca circundante." No entanto, isso acarretou uma curva de aprendizado íngreme, pois a equipe rapidamente descobriu que o radar tinha seu próprio conjunto de desafios. O primeiro, era a cobertura. "Radares deste tipo interferem uns com os outros, limitando o número utilizável de dispositivos a apenas dois", continua. "Elin Sällberg, Gerente de Engenharia de Tecnologias de Núcleo de Radar, iniciou uma equipe focada no processamento de sinais e na comunicação de dispositivos." Desde então, o trabalho de sua equipe provou ser instrumental para avançar o número de radares que podem ser implantados.
Pegando cães emprestados e visitando zoológicos para a construção de conjuntos de dados
"Lembro-me de um dos nossos primeiros testes realizados durante a noite. Ao estudar a gravação, aplaudimos "Uau, podemos ver coelhos". Alguns minutos depois, dissemos "Não! Vemos os coelhos", ri Cacke. Isso realçou o segundo e igualmente pressionador desafio dos dados de classificação. Sem dados que digam a um radar o que ele está identificando, os radares seriam o acionador de quase tantos falsos alarmes quanto as câmeras que eles esperavam ajudar. Esses dados não existem.
Só havia uma coisa para resolver isso. A equipe começou a construir seus próprios conjuntos de dados grandes e diversificados a partir do zero (que até hoje ainda estão sendo expandidos), com um esforço concentrado em animais. Eles obteriam dados de qualquer lugar que pudessem, desde emprestar cães e visitar zoológicos, até pedir a colegas no exterior para capturar dados sobre texugos.
"Lembro-me de ir para um campo fora de Malmö, onde me disseram que estava cheio de coelhos durante a noite", detalha Papadelis. "Eu configurei meu equipamento de gravação às 20h e voltei no início da manhã seguinte para coletar o equipamento e colher os dados. Em outra ocasião, uma empresa de energia finlandesa ajudou coletando dados sobre coelhos que frequentavam suas usinas." Conjuntos de classificação como estes permitem que os radares removam e ignorem efetivamente as deteções perturbadoras e determinem com precisão se um objeto é uma pessoa ou um veículo com precisão muito alta.
Rastreamento de um ser humano em movimento pela primeira vez
"Tivemos alguns momentos fantásticos, tipo eureka", ele continua. "Para mim, foi quando detectamos e rastreamos um ser humano em movimento em tempo real pela primeira vez. Lembro-me de segurar o protótipo do radar fora da janela do meu escritório e ver uma pessoa visualizada pelo radar na minha tela. Foi muito gratificante!"
Graças a esses grandes esforços, o exercício foi um sucesso. Isso provou que o conceito era viável e deu uma área de foco de desenvolvimento limpa.
O desenvolvimento do radar da Axis ganha forma
Desde o início do desenvolvimento do produto, o do radar da Axis se concentrou em cinco pilares:
- A equipe aproveitaria o desenvolvimento interno de radares da produção de módulos internamente em vez de usar radares automotivos padrão.
- A plataforma de firmware seria baseada na mesma plataforma que em todos os produtos de vídeo da Axis para simplificar os processos de desenvolvimento.
- A integração com os sistemas VMS existentes seria priorizada, especificamente os sistemas Axis Camera Station (ACS), Genetec e Milestone.
- As informações do radar seriam enviadas para o VMS como um stream de vídeo.
- O dispositivo seria alimentado por PoE para facilitar a instalação.
Com várias lições à mão, a equipe começou a trabalhar na produção de sua primeira geração de produtos comercialmente disponíveis. "Era claro, a partir desses projetos iniciais, que o radar seria frequentemente combinado com uma câmera visual", explica Olofsson.
"Isso despertou ambições para criar um aplicativo de software que permitisse que o radar controlasse uma câmera pan-tilt-zoom (PTZ) que seguisse objetos detectados pelo radar à medida que eles se movessem por uma ampla área", continua Olofsson "e, em seguida, avançassem para criar algum tipo de fusão, dispositivo de unidade única com capacidades de vídeo e radar."
Lançamento do primeiro detector de radar
Apenas um ano após a ideia de usar radares, a Axis lançou o D2050-VE Network Radar Detector, sua primeira solução de radar autônoma disponível comercialmente. Esses radares eram entre cinco e trinta vezes mais acessíveis do que qualquer alternativa no mercado e prontamente integrados aos sistemas de monitoramento existentes.
"O lançamento do AXIS D2050-VE Network Radar Detector foi um grande momento para a equipe", adiciona Andres Vigren. "Eu era Gerente de Produtos na época e lembro-me de como os clientes e o mercado como um todo responderam à sua disponibilidade. Não só obteve muita atenção positiva e observações sobre como era inovador, mas também recebeu prêmios como o SIA New Product Showcase Award na ISC West em 2018, destacando seu impacto e inovação no setor de segurança."
Produção interna para maior controle
"Também tomamos uma grande decisão de realizar toda a produção de módulos de radar internamente", adiciona Elin Sällberg. "Minha equipe precisava ter o controle total sobre as peças para desbloquear vias vitais para a P&D no processamento de sinais. E isso realmente valeu a pena. Com a produção interna, fomos capazes de nos concentrar em uma ampla cobertura de detecção, garantindo que pudéssemos abranger 180 graus em um produto sem quaisquer lacunas. Tivemos controle total sobre o projeto e pudemos construir antenas e processamento de sinal que foram otimizados para casos de uso de segurança. Além disso, e provavelmente o mais importante, descobrimos como implantar até seis radares na mesma zona sem problemas de interferência."
A primeira câmera de vídeo-radar de fusão do mundo
O radar proliferou rapidamente com o lançamento de várias gerações de novos dispositivos ao longo dos anos. Graças ao trabalho de Elin e sua equipe, até oito radares podiam agora ser usados ao mesmo tempo e os avanços no aprendizado profundo e no software permitiriam que o cliente aproveitasse o radar para todos os tipos de casos de uso. O rastreamento PTZ controlado por radar, desenvolvido por Leif Persson no departamento de PTZ e pela equipe de Podracer, provou ser um enorme sucesso e, apesar de tudo isso, a ideia de uma câmera de fusão dois em um permaneceu um objetivo evasivo. Isso foi até 2021.
"Tinha sido um desafio real, representando uma cadeia aparentemente infinita de problemas", explica Papadelis. "Mas sabíamos que era um conceito muito bom para desistir. Assim, após muito trabalho árduo e dedicação da equipe, finalmente tivemos um protótipo funcionando que poderia executar a fusão ao vivo no dispositivo. Assim que estava operacional, ficou imediatamente claro que era um conceito vencedor."
A Axis lançou oficialmente a primeira câmera de fusão radar-vídeo do mundo, a AXIS Q1656-DLE. O dispositivo não só oferece as sinergias dessas duas tecnologias trabalhando em perfeita sincronização, como também vem com um modo de tráfego dedicado para coletar, visualizar e usar a velocidade do veículo para estatísticas de tráfego.
Reflexões sobre a evolução da tecnologia de radar
Niklas Lindman, Gerente de Produtos de radar na Axis hoje, reflete sobre a jornada até esse ponto. "Voltando para a história do motivo de nós, na Axis, termos começado a desenvolver produtos de radar e, mais tarde, incorporá-los no sistema de câmera, posso tirar duas conclusões. Em primeiro lugar, muitas das suposições que fizemos há alguns anos são consideradas fatos hoje. Seguimos nossos instintos porque conseguimos ver o potencial dessas ideias. Combinar essas tecnologias e uni-las em uma única solução parece óbvio em retrospectiva, mas a equipe realmente usou um pensamento inovador para tornar isso uma realidade. E o valor agregado permanece até hoje. Em segundo lugar, essa inovação não atingiu e não atingiu o pico no lançamento inicial do produto. A combinação de diferentes tecnologias pode dar origem a inúmeras ideias novas e fornece a base para algumas das soluções mais inovadoras de hoje. O futuro continua a ser extremamente brilhante."
À medida que o setor de monitoramento e segurança continua avançando em direção a soluções proativas e preventivas, os detalhes e as capacidades que tecnologias como a fusão vídeo-radar oferecem se tornarão cada vez mais importantes. Mas foi graças a uma equipe qualificada e inovadora da Axis com a coragem, determinação e motivação para tornar sua visão uma realidade, é que temos tecnologia de radar em locais em todo o mundo.
Nicklas Olofsson, Aras Papadelis, Niklas Lindman, Elin Sällberg, Andres Vigren e Carl-Axel "Cacke" Alm contribuíram para esta história.
Um agradecimento especial vai para toda a equipe do projeto "Klinger", para a PCNI, para a equipe "Podracers" e para Leif Persson.
