Перспективы развития отрасли видеонаблюдения: возможности современных систем видеоаналитики
По мнению агентства Transparency Market Research, уже к 2022 году общий оборот рынка видеонаблюдения достигнет 71 миллиарда долларов США и будет увеличиваться как минимум на 16,5% ежегодно. Хотя в настоящее время спрос подогревается такими факторами, как возросшая опасность террористических атак и продолжающееся ужесточение законодательных требований к инфраструктуре безопасности и контроля доступа, в ближайшем будущем акценты сместятся в такие отрасли, как ретейл, промышленность, здравоохранение и другие. Причиной подобных изменений становится стремительное развитие интеллектуальных систем видеоаналитики, способных существенно расширить функционал привычных IP-камер.
Первая в мире система видеонаблюдения была разработана концерном Siemens в 1942 году специально для полигона Пенемюнде, где проводились испытания ракет «Фау-2». Ее спроектировал инженер Вальтер Брух — «отец» стандарта аналогового цветного телевидения PAL, принятого в 1966 году в качестве государственного в Германии, Великобритании и других странах Западной Европы. При всех достоинствах данное решение имело один существенный недостаток: оператор не мог ни на секунду отлучиться с рабочего места, так как сигнал никоим образом не фиксировался. Так продолжалось вплоть до 1951 года, когда появились видеомагнитофоны (Video Tape Recorder, VTR), созданные компанией Ampex под руководством электроинженера Александра Понятова, эмигрировавшего в США в конце 1920-х годов.
Первый видеомагнитофон Ampex VR 1000B
Важность этого изобретения для индустрии трудно переоценить, ведь, согласно исследованию IMS Research, даже физически здоровый, хорошо отдохнувший человек начинает пропускать до 45% критически важных событий, происходящих на мониторе, уже спустя 12 минут работы, а еще через 10 минут этот показатель стремится к отметке 95%. С учетом этого факта, произошедший в 2014 году IP-бум не кажется таким уж странным. Несмотря на появление AHD (Analog High Definition — аналоговое видео высокой четкости), сетевые камеры оказались значительно более востребованными, нежели распространенные в то время аналоговые решения. И дело не только в качестве картинки. Главное здесь — обширные возможности, которые открывают цифровые устройства перед своими владельцами. Ведь если раньше анализ полученной информации осуществлялся лишь постфактум, то сегодня системы безопасности позволяют решать широчайший спектр задач в реальном времени. Современные IP-камеры разительно отличаются от своего прародителя Axis Neteye 200, созданного в далеком 1996 году.
IP-камера Axis Neteye 200
Многие модели сетевых камер уже являются вполне самодостаточными, а концепция IoT обеспечивает возможность создания комбинированной инфраструктуры, объединяющей между собой прежде разрозненные устройства: охранную сигнализацию, детекторы дыма, системы контроля доступа и другие модули, способные обмениваться данными даже без участия сервера. На практике это позволяет реализовать множество разнообразных сценариев. Так, например, сеть из нескольких камер сможет прицельно отслеживать подозрительную машину, передавая эстафету от одной точки наблюдения к другой и формируя, таким образом, целостную картину происходящего. Другой вариант развития событий: если одна из камер окажется выведенной из строя злоумышленником, соседние автоматически возьмут под наблюдение слепую зону, при этом на пульт оператора поступит тревожный сигнал. Сопряжение с датчиками дыма дает возможность моментально оценить площадь возгорания, выявить факт поджога или ложного срабатывания, а интеграция с системой контроля доступа — оперативно фиксировать попытки незаконного проникновения на охраняемый объект и установить личность преступника.
Зачастую подобные системы помогают даже предупредить правонарушение. Для примера возьмем простую четырехкомпонентную схему, функционирующую без участия сервера. Для охраны периметра используется тепловизор. При возникновении внештатной ситуации (проникновение злоумышленника на объект в ночное время) тепловизор отправляет сигнал на PTZ-камеру, которая разворачивается в указанном направлении. Одновременно с этим включается наружная подсветка и активируется громкоговоритель, транслирующий предварительно записанное сообщение с требованием незамедлительно покинуть охраняемую территорию. Согласно данным Alarm.org, такой подход позволяет предотвратить вплоть до 74% незаконных вторжений.
Альтернативные сценарии использования современных систем видеонаблюдения
Появление дополнительного функционала и улучшение технических характеристик привели к значительному расширению сферы применения систем видеонаблюдения. Одним из наиболее перспективных направлений, как бы странно это ни звучало, оказалась розничная торговля. Аналитики Transparency Market Research считают ретейл одним из основных драйверов дальнейшего развития индустрии, так как здесь системы видеоаналитики позволяют решать разнообразные маркетинговые задачи.
Типичный сценарий — определение коэффициента конверсии на основе сведений о числе посетителей и количестве клиентов, прошедших через кассовые стойки. Если добавить сюда систему распознавания лиц, интегрировав ее с действующей программой лояльности, появляется возможность исследования поведения покупателей с привязкой к социально-демографическим факторам для последующего формирования персонализированных предложений (индивидуальных скидок, бандлов по выгодной цене и т. д.). Более простые варианты использования оказываются не менее эффективными, помогая сэкономить средства на персонале и улучшить впечатления покупателей. Так, например, китайская мегакорпорация Baidu успешно отказалась не только от продажи билетов в принадлежащие ей парки развлечений, но и от самих билетеров. Отныне на КПП установлены терминалы распознавания лиц, делающие снимки посетителей и сравнивающие их с базой данных клиентов, оформивших абонемент.
В Baidu заменили билетеров на стойки с планшетами
Вся процедура занимает не более 0,6 секунды, а точность распознавания достигает 99,77%! Пользователи Alipay и вовсе получили возможность оплачивать онлайн-покупки с помощью селфи, а все благодаря интеграции платежного сервиса с платформой визуальной идентификации Face++, созданной стартапом Megvii. В настоящее время ее также успешно использует китайское подразделение UBER.
Высокие технологии открывают и новые горизонты в сфере борьбы с мелкими хищениями в супермаркетах. Противостоять этому явлению крайне сложно, так как профессиональные воры действуют в составе организованных групп, участники которых исполняют особые роли (собственно кража, отвлечение внимания охранников, прикрытие и т. д.). Система же распознавания лиц может автоматически установить факт того, что одни и те же люди регулярно посещают магазин в одно и то же время, даже если заходят порознь, и передать информацию об их присутствии на пост охраны. Если подозрения подтвердятся и это действительно окажутся воры, их лица будут занесены в базу данных ретейлера и при появлении злоумышленников в любом филиале розничной сети будет срабатывать тревожный сигнал.
Сдерживающие факторы развития систем видеонаблюдения
На бумаге все выглядит хорошо, но как обстоят дела с реализацией? Если говорить о системе распознавания лиц наподобие той, что описана выше, то ее внедрение чревато существенными затратами. Одно дело — сканирование лица анфас на КПП, и совсем другое — в потоке, под разными углами и в разных условиях освещения. Здесь достаточную эффективность способно продемонстрировать лишь трехмерное моделирование лиц в реальном времени с использованием стереокамер и алгоритмов сверточных нейронных сетей, что неизбежно потребует модернизировать существующую инфраструктуру, а также увеличить вместительность хранилищ данных. Вот только многие представители бизнеса не готовы идти на дополнительные расходы, даже когда речь заходит о классических системах безопасности.
По словам старшего эксперта видеотехнического отдела Экспертно-криминалистического центра МВД Российской Федерации Дениса Михайлова, подавляющее большинство видеозаписей оказывается непригодным для ведения следственных мероприятий именно из-за стремления предпринимателей сэкономить на хранении данных. Типичная ситуация — создание двухкомпонентной системы регистрации: на основном сервере хранятся записи за последнюю неделю в высоком разрешении с частотой 25 кадров в секунду, а в архив попадает лишь пережатая картинка с фреймрейтом 5 кадров в секунду. К сожалению, подобное видео никак не может помочь провести идентификацию личности злоумышленника, а в ряде случаев не удается даже распознать автомобильные номера. Иногда доходит до смешного: потерпевшие отдают на экспертизу видеорегистраторы в сборе, так как вместо современных NVR или NAS используется настолько устаревшее оборудование, что считать информацию можно только при наличии оригинального устройства.
Некоторые предприниматели идут на откровенные махинации. В договоре указывается факт установки PTZ-видеокамер высокой четкости, а на самом деле монтируются дешевые устройства, пишущие картинку в формате 800×600 и не поддерживающие дистанционное управление. При благоприятном стечении обстоятельств такие системы могут работать годами, а владельцы узнают об их полной несостоятельности лишь в случае форс-мажора, когда устаревшая инфраструктура не сможет справиться с поставленными задачами.
Впрочем, даже если отвлечься от сознательных злоупотреблений и скупости, смежные отрасли страдают от вполне объективных проблем. Одним из перспективных направлений развития видеоаналитики является использование машинного зрения в промышленном производстве.
Применение машинного зрения в промышленности
Технология может применяться для выявления дефектов продукции, замера габаритных параметров грузов, мониторинга допуска сотрудников и для других целей. В перспективе это позволило бы поставить на поток создание полностью автоматизированных производственных комплексов, способных функционировать под присмотром нескольких операторов. Однако, по сведениям все того же Transparency Market Research, темпы роста данного сегмента рынка оказываются значительно более скромными: прогноз на 2022 год — 28,5 миллиарда долларов (против 71 миллиарда в сфере безопасности). Если вспомнить, что в 2014 году эта цифра составляла 15,7 миллиарда, на выходе получаем прирост менее чем в 2 раза за восемь лет.
Сдерживающих факторов ровно три. Первый — нехватка специалистов, обладающих необходимым набором навыков для управления подобными системами. Второй — высокие требования к качеству и защищенности оборудования. Третий — отсутствие единых отраслевых стандартов. «Когда речь идет о безопасности, одним из важных преимуществ систем видеонаблюдения становится универсальность. Каким бы ни был охраняемый объект (офис, склад, супермаркет, гостиница), пул решаемых задач оказывается идентичен, то есть однажды разработанное аппаратное обеспечение может применяться где угодно, дополнительный же функционал можно реализовать на уровне ПО. В то же время каждое промышленное предприятие характеризуется уникальностью производственных процессов, и задачи автоматизации уже невозможно решить стандартными средствами — для каждой из них требуется уникальная разработка», — прокомментировал сложившуюся ситуацию генеральный директор Macroscop Артем Разумов.
Действительно, даже наиболее сложные из описанных выше сценариев для нужд ретейла могут быть реализованы на базе того же самого оборудования, которое используется в системах безопасности, ведь его возможности зависят в первую очередь от потенциала алгоритмов видеоаналитики и их грамотного использования. К инфраструктуре же, создаваемой на производстве, предъявляется масса дополнительных требований — начиная от устойчивости ее компонентов к воздействию агрессивных факторов внешней среды (актуально для тяжелой промышленности) и заканчивая созданием уникальных устройств контроля качества микросхем, сварных швов или двигательных блоков. Хотя в разработке последних нет ничего невозможного, финансировать ее будет уже сам клиент, так как вследствие специфичности периферии ее вряд ли удастся использовать где-либо еще. В результате подобные проекты оказываются рентабельными лишь для крупных концернов, всем же прочим по-прежнему приходится полагаться на дешевую рабочую силу.
Доступные и производительные решения для малого бизнеса
Если внедрение систем машинного зрения на предприятии — задача действительно непростая и на саму возможность разработки подобной инфраструктуры оказывают серьезное влияние в том числе и макроэкономические факторы, то, когда речь заходит о малом и среднем бизнесе, проблему ограниченности бюджета можно решить за счет оптимизации и масштабирования имеющихся мощностей. Так, например, повышение плотности хранения данных поможет сэкономить на аренде площадей, выделяемых под ЦОД, а использование более «холодных» дисков — сократить операционные затраты на электроэнергию и кондиционирование помещений.
Учитывая все перечисленное, компания Western Digital разработала концепцию Core to Edge storage for Surveillance, предложив клиентам исчерпывающий набор современных решений для систем видеорегистрации «от камеры до сервера». Сочетание передовых технологий, надежности, емкости и производительности позволяет выстроить гармоничную экосистему, способную решить практически любую поставленную задачу и оптимизировать затраты на развертывание и содержание инфраструктуры. Флагманской линейкой нашей компании является семейство специализированных винчестеров для систем видеонаблюдения WD Purple, глобально обновленное в 2017 году. Среди основных изменений необходимо указать появление нового накопителя объемом 10 ТБ, добавление поддержки одновременной работы с 64 камерами высокой четкости, а также возможность работы в составе серверов и NAS, рассчитанных на установку 16 дисков.
Сравнение WD Purple разных поколений
Все перечисленное стало возможным благодаря использованию следующих технологических решений:
HelioSeal. Старшие модели линейки WD Purple емкостью 8 и 10 ТБ выполнены на основе платформы HelioSeal. Корпуса этих накопителей абсолютно герметичны, а внутренние полости, как следует из названия, заполнены разреженным гелием. Снижение силы сопротивления газовой среды и показателей турбулентности позволило уменьшить толщину магнитных пластин, а также добиться большей плотности записи методом PMR благодаря повышению точности позиционирования головки (с применением Advanced Format Technology). Как следствие, переход на WD Purple обеспечивает прирост емкости хранения данных до 33% без необходимости масштабирования инфраструктуры (в тех же стойках). Помимо этого, накопители с гелием на 26% более энергоэффективны в сравнении с обычными HDD за счет снижения потребляемой мощности, необходимой для раскрутки и вращения шпинделя. Дополнительная экономия заключается в сокращении затрат на кондиционирование: при одинаковой нагрузке WD Purple оказывается холоднее аналогов в среднем на 5°C.
AllFrame. Малейшие перебои во время записи могут привести к потере критически важных видеоданных, сделав невозможным последующий анализ полученной информации. Чтобы это предотвратить, в прошивку дисков «пурпурной» серии была внедрена поддержка опционального раздела Streaming Feature Set протокола ATA. Среди его возможностей необходимо выделить оптимизацию использования кэша в зависимости от количества обрабатываемых видеопотоков и управление приоритетом исполнения команд чтения/записи, благодаря чему удается минимизировать вероятность пропуска кадров и появление артефактов изображения. В свою очередь, инновационный набор алгоритмов AllFrame обеспечивает возможность эксплуатации винчестеров в системах, обрабатывающих значительное число изохронных потоков: диски WD Purple поддерживают одновременную работу с 64 камерами высокой четкости.
TLER. Ключевые задачи, которые приходится решать при проектировании систем видеонаблюдения, — увеличение периода безотказного функционирования и сокращение времени простоя вследствие неисправности. Одной из наиболее частых проблем при работе с высоконагруженными серверами является спонтанный распад RAID-массива с избыточностью, вызванный превышением допустимого времени исправления ошибок. Опция Time Limited Error Recovery помогает избежать отключения HDD в случае, если тайм-аут выходит за рамки 7 секунд: чтобы этого не случилось, накопитель подаст RAID-контроллеру соответствующий сигнал, после чего процедура коррекции будет отложена до момента простоя системы.
RAFF. WD Purple емкостью 4, 6, 8 и 10 ТБ обзавелись механизмом адаптивной компенсации вибрации Rotary Acceleration Feed Forward (RAFF), которая снизила потери производительности под воздействием ротационной вибрации до рекордных 4% (у обычных десктопных винчестеров таковая достигает 76%). Это стало возможным благодаря расчету компенсаторной траектории движения пишущих головок в реальном времени на основе дифференциальных сигналов, получаемых со встроенных акселерометров, фиксирующих как линейное, так и угловое ускорение.
Помимо этого, все модели обновленной линейки получили специальное покрытие, защищающее печатную плату от коррозии и воздействия агрессивных химических агентов, что обеспечивает дополнительную защиту как самих устройств, так и сохраненной информации.
После приобретения компании SanDisk портфолио Western Digital пополнилось картами памяти SanDisk Industrial емкостью от 8 до 128 ГБ, ориентированных на использование в автомобильных и персональных видеорегистраторах, а также в стационарных камерах (в качестве резервного хранилища или буферной памяти). Среди их особенностей необходимо выделить поддержку функции коррекции ошибок ECC, гарантирующую целостность данных даже при перебоях электроснабжения, а также алгоритм выравнивания износа, помогающий значительно увеличить рабочий ресурс изделия. Возможность привязки к хосту и OTP-идентификатор исключают порчу или хищение информации при атаках типа MITM в системах IP-видеонаблюдения. Наконец, широкий диапазон рабочих температур (от –40 до 85 °C), позволяет успешно эксплуатировать накопители в составе камер наружного наблюдения и даже в условиях промышленного производства.
