Эпоха нейросетевых технологий в видеонаблюдении началась!

Применение нейросетевых решений в области безопасности — серьезный скачок в развитии ситуационной аналитики. Благодаря нейронным сетям мы переходим от предположений, основанных на математическом анализе геометрии и цветовых характеристик наборов пикселей, к распознаванию образов.

Такой подход позволяет получить однозначный ответ на вопрос, что находится на видеоизображении: человек, машина, домашнее животное, велосипед, скопление людей или подъехавший к воротам самосвал.

Важнейшее преимущество технологии нейронных сетей в современной видеоаналитике — определение типа объекта с очень высокой точностью.

Классическая видеоаналитика уже не справляется с поставленными задачами: число видеокамер, интегрированных в различные системы безопасности, постоянно растет. Количество поступающих от камер событий тоже многократно увеличивается. Это приводит к большому количеству ложных срабатываний — оператор физически не способен эффективно обработать весь поток событий от камер в реальном времени.

Если заранее настроить типы объектов реагирования камеры, количество ложных срабатываний уменьшится. Но для этого нужно наделить систему видеонаблюдения функциями, присущими человеческому мозгу, научить ее давать оценку происходящему и самостоятельно принимать решения.

Именно эту функцию и обеспечивает внедрение нейронных сетей.

При грамотной реализации применение нейротехнологий позволяет:

• Избежать ложных срабатываний и сфокусировать внимание операторов на действительно важных событиях.
• Разгрузить сотрудников службы безопасности и повысить эффективность их работы.
• Сортировать информацию в архиве и быстро находить нужные данные при разборе инцидента.
• Решать сложные задачи, не доступные к выполнению классическими алгоритмами.

Для достижения целей разработчики используют особенность искусственного интеллекта: способность к обучению.

Обучение нейронных сетей проводится на видеоматериалах с конкретного объекта. Если использовать обученные на одном сценарии нейросети в другой ситуации или окружении, система выдаст результаты, далекие от ожиданий.

В рамках обзора мы рассмотрим реализацию технологий машинного обучения и нейронных сетей в видеоаналитике на примере решений компаний DSSL и Hikvision.

TRASSIR NEUROSTATION

Предоставлен компанией DSSL

TRASSIR NEUROSTATION от компании DSSL

Регистратор компании DSSL построен на базе компьютерной материнской платы, а нейроаналитика задействует ресурсы карты памяти. В регистратор устанавливают видеокарту (например, Nvidia GeForce GTX), а мощность выбирают в зависимости от требуемых объемов обработки видеопотока.

Аппаратная часть работает под управлением операционной системы TRASSIR. Программное обеспечение пишут под конкретное устройство — собрать сервер самому и использовать на нем операционную систему TRASSIR невозможно. Такой подход более надежен по сравнению с серверами на операционных системах Windows.

Обучают систему программисты DSSL: тренируют сеть распознавать нужные объекты, предоставляя ей сотни тысяч изображений. В результате получается уникальный продукт с расширенным функционалом и новыми возможностями видеоаналитики.

Функции TRASSIR NeuroStation

1. Human Detector. Технология Human Detector в новом TRASSIR NeuroStation распознает человека на видеоизображении. Например:на охраняемой территории установлена камера с заданными тревожными зонами — в них может проезжать транспорт, но не должен находиться человек. Видеорегистратор обрабатывает данные и уведомляет оператора о тревожном событии только в том случае, если в заданной области появился человек. При этом на птицу или автомобиль устройство предусмотрительно не отреагирует.
   Функция Human Detector — основное преимущество TRASSIR NeuroStation: ранее аналитика строилась только на определении лица, размера, движения или появления объекта в кадре по предварительной настройке параметров, но способа отличить человека от неодушевленного предмета или животного, схожего по размеру, не существовало.
2. Queue Detector. Технология отвечает за подсчет людей в очереди. При превышении на кассе допустимого количества людей система оповестит оператора.
3. Offload. С помощью функции Offload к TRASSIR NeuroStation можно подключить все видеорегистраторы системы и анализировать все поступающие видеопотоки. Раньше для этих целей использовалась сложная и дорогая система: несколько камер на одной территории подключались к мощному видеорегистратору, который проводил всю видеоаналитику. Если объектов было больше, в каждый требовалась установка отдельного устройства для обработки данных.

Теперь же достаточно подключить камеры к самым простым видеорегистраторам (например, MiniNVR) с функциями записи и хранения информации. Более мощный TRASSIR NeuroStation примет все видеоданные и проанализирует потоки с каждой точки. При этом сам нейросетевой регистратор может находиться в любом месте, подключаясь к сети через интернет.

Несколько десятков видеорегистраторов с технологией аналитики заменяет одно устройство, что намного выгоднее и удобнее в обслуживании. Для обновления всей системы до уровня нейросетевой и получения доступа ко всем возможностям нейроаналитики достаточно подключить сеть к TRASSIR NeuroStation без замены всего оборудования.

Существующие функции - не предел возможностей TRASSIR NeuroStation. В скором времени на базе нейросетевого модуля и технологии Human Detector будет реализовано распознавание велосипедистов, грузовых и легковых автомобилей, определение взрослого человека и ребенка.

Возможности TRASSIR NeuroStation

Один из критериев мощности видеорегистратора — количество каналов. К стандартному устройству подключается от 4 до 32 камер для записи, хранения и обработки видеопотока. Если камер больше, пользователь приобретает несколько видеорегистраторов — это дорого и неудобно в использовании. К TRASSIR NeuroStation можно подключить до 128 каналов, видеопотоки с которых будут архивироваться, анализироваться и одновременно выводиться на монитор!

Чем сложнее аналитика, тем больше требуется вычислительных мощностей. Например, при возможности записи и хранения до 32 каналов обработка данных с одной камеры займет не один, а несколько потоков. В TRASSIR NeuroStation предусмотрено до 100 каналов Queue Detector и до 40 каналов Human Detector.

Hikvision Ids-7716nxi-i4/8s

Предоставлен компанией Hikvision Russia



Hikvision Ids-7716nxi-i4/8s




На nonPC–видеорегистраторе Hikvision нейроаналитика реализуется с помощью видеокарты. Регистратор TRASSIR использует стандартные игровые видеокарты, Hikvision — специально разработанные модели карт для видеорегистраторов с процессором Nvidia.

Возможности Hikvision Ids-7716nxi-i4/8s

В регистратор Hikvision заложено две нейросетевые функции.

1. Определение человека в кадре. Нейросеть распознает человека, отличает его от автомобиля, находит похожих людей в архиве и анализирует поведение человека. При смене плана или угла наклона камеры искусственный интеллект плохо справляется с поиском человека в архиве, но успешно распознает человека или автомобиль.
2. Определение вторжения в заданную зону. Регистратор распознает пересечение линии или определенной области.

Других детекторов на борту устройства нет. Скорее всего, производитель таким образом полностью разгрузил вычислительные мощности регистратора для более качественной работы нейросети.

В регистраторе имеется множество Smart-функций на основе аналитики в самих камерах: детектор лиц, распознавание объектов. Этой аналитикой пользуется регистратор для выполнения любых поставленных задач.

Мировые производители (в частности, Hikvision) делают большую ставку на аналитику, заложенную в камерах. По одному из предположений, многие из них считают вычислительные способности современных видеокамер достаточными для выполнения большинства задач.

Модель рассчитана на подключение до 16 камер, на каждом видеоканале доступна функция детектирования присутствия человека и машины в кадре. Регистратор обрабатывает потоки с камер с разрешением до 12 мегапикселей с частотой 20 к/с. При разрешение 8 Мп и ниже скорость возрастает до 25 к/сек. На борту: четыре разъема SATA и два HDD объемом до 6 Тб.

Модель является проектным оборудованием, стоимость видеорегистратора предоставляется менеджерами по запросу. В среднем, цена составляет 144 990 рублей.

Отличия подходов TRASSIR и Hikvision

Мы рассмотрели два подхода к организации видеонаблюдения с использованием технологий машинного обучения и нейронных сетей, у каждого есть свои плюсы и минусы.

В одном случае заточенность программного обеспечения под конкретное устройство позволяет раскрыть весь потенциал вычислительных мощностей. А с помощью технологии «Offload» к одному мощному серверу можно подключить любые видеорегистраторы, добавив всей системе возможности нейроаналитики. При этом нейросетевой регистратор устанавливается в любом удобном месте.

С другой стороны, отсутствие детекторов в видеорегистраторе разгружает вычислительные мощности для более качественной работы нейросети.

На выбор устройства влияет и возможность дальнейшего обучения нейронной сети. Регистратор Hikvision — законченный продукт, последующее обучение системы не предусмотрено. В TRASSIR NeuroStation работа нейронной сети корректируется в зависимости от требований заказчика: в алгоритмы вносятся изменения и дополнения, закладываются новые факторы (условия освещения, угол обзора камеры). Обучение и настройка искусственного интеллекта может вестись на протяжении всего периода работы.

Каждый из подходов имеет право на существование, окончательный выбор остается за пользователем.

	TRASSIR NEUROSTATION	Hikvision Ids-7716nxi-i4/8s
Всего камер	128	16
Камер с детектором людей/машин	20	16
Локальное отображение аналитики	есть	нет
Количество и тип HDD	8 HDD объемом 12 Тбайт	4 HDD объемом 6 Тбайт
Возможность увеличивать производительность GPU	есть	нет
Тревожные уведомления	есть	есть
Offload-аналитика с других серверов	есть	нет
Стоимость	199 900 рублей	144 990 рублей




Заключение

Преимущества использования технологий нейроаналитики в современных системах видеонаблюдения очевидны и не вызывают сомнений. Аналитика на базе нейронных обеспечивает более высокую точность распознавания по сравнению с обычными детекторами в традиционных системах видеонаблюдения (VMS). При этом стоимость использования нейросети будет неуклонно снижаться вместе с наращиванием объема производства и сокращением себестоимости компонентов систем (прежде всего, мощных графических ускорителей).

Конкуренция между различными подходами к организации работы видеоаналитики на основе нейронных сетей обещает быть весьма захватывающей! Мы будем внимательно следить за развитием ситуации и своевременно знакомить вас с самыми свежими трендами в этой области. И первым шагом в этом направлении станет наш обзор камер со встроенной аппаратной нейроаналитикой, который мы запланировали на начало следующего года!