V deväťdesiatych rokoch minulého storočia bola na trh uvedená prvá IP kamera – digitálna kamera pripojená k dátovej sieti. Situácia vo svete IP videa sa tým náhle zmenila, keďže kamery sa stali počítačmi, ktoré boli schopné vidieť. Ak teda hovoríme o počítačoch ako o umelej inteligencii, o vlastnej pamäti a schopnosti spracúvať a analyzovať obrazové dáta, môžeme IP video systém porovnať nielen s ľudským zrakom, ale aj s mozgom.
V súčasnosti existujú oblasti, kde IP kamery prekonávajú aj naše ľudské schopnosti. Rovnako sú vlastnosti, vďaka ktorým dohľadový systém zatiaľ ľudskú inteligenciu alebo intuíciu prekonať nemôže. Ako vyzerá naše aktuálne porovnanie s IP videosystémami a ako vidíme budúcnosť?
Vidieť znamená uveriť
Začnime teda porovnaním, ktoré sa ponúka ako prvé: IP kamera versus ľudské oko. Hoci neexistuje presná kalkulácia, uvádza sa, že ľudské oko má celkové rozlíšenie viac než 100 megapixelov. Pre potreby videodohľadu toto rozlíšenie prakticky nie je použiteľné. Okrem toho, nejde o skutočné rozlíšenie, s ktorým náš mozog ako VMS, čiže systém na spracovanie obrazu, počíta.
Aj keď teda oko výrazne vedie, pokiaľ ide o celkové rozlíšenie, využiteľné rozlíšenie rohovky alebo to, s ktorým mozog v danom okamihu pracuje, môžeme zhruba odhadnúť na 5 až 10 megapixelov v závislosti od kvality zraku konkrétnej osoby. Aj to však znamená jasné víťazstvo pre oko. Súčasný vývoj objektívov pre bezpečnostné kamery totiž nedrží krok s úrovňou rozlišovacieho čipu a pri profesionálnych systémoch dosahuje nanajvýš 5 megapixelov. Navyše, väčšina kamier má s rozlíšením 10 až 20 megapixelov veľmi nízky obnovovací kmitočet a zhoršenú kvalitu obrazu, najmä v okrajoch záberu.
Jednu z hlavných príčin, prečo objektívy zaostávajú za vývojom IP kamier a snímacích prvkov, a teda aj za ľudským okom, odhaľuje Mooreov zákon. Na rozdiel od elektronických súčastí vnútri kamery sa totiž optické časti, ako napríklad šošovky objektívov, Mooreovým zákonom neriadia. Takže zatiaľ čo vývoj objektívu trvá dlhší čas, konštruktéri IP kamier v nich môžu rýchlejšie využívať prudko rastúci výpočtový výkon. Ak objektív neumožňuje získať vyššie rozlíšenie, môžeme aspoň použitím výkonnejšieho procesora zvýšiť citlivosť na svetlo a tým aj celkovú zreteľnosť obrazu.
Mnohí z nás majú problémy s videním v tme, no na rozdiel od nášho zraku dokážu kamery využívať žiarenie v infračervených vlnových dĺžkach a aj v noci vytvárať čiernobiely obraz. Analógové kamery mali v minulosti v porovnaní s IP kamerami lepšiu svetelnú citlivosť, no napriek tomu žiadna z nich nebola schopná vytvárať farebný obraz v tme. Tento nedostatok bol prekonaný až minulý rok uvedením technológie Lightfinder, ktorá digitálne sprostredkúva farebný obraz v tme. Práve tu zasahuje do hry Mooreov zákon vo vývoji snímacích senzorov. V oblasti videa v zlých svetelných podmienkach môžeme teda očakávať skutočne zásadný posun. Podobne môžeme povedať, že s postupným vývojom snímacích prvkov CMOS sú teraz 5 MP kamery prakticky rovnako citlivé na svetlo ako ľudské oko a pri rozlíšeniach HTDV alebo VGA sú dokonca omnoho citlivejšie.
A napokon je tu schopnosť vidieť aj v úplnej tme, čo je pre človeka nemožné. Na tento účel používame profesionálne, plne digitálne sieťové kamery s termovíziou, ktoré možno integrovať do sieťového videodohľadového systému na IP základe.Termálne kamery dokážu detegovať ľudí a predmety v úplnej tme, ako aj pri nulovej viditeľnosti. A pritom tieto kamery už nie sú primárne vyhradené na vojenské účely.
Často diskutovaným problémom snímacích prvkov a spracovania obrazu je široký dynamický rozsah intenzity svetla. Ľudský zrak má údajne rozsah svetelného kontrastu až 120 dB. Pri porovnaní s modernými sieťovými kamerami, ktoré majú najširší dynamický rozsah na trhu, je to súboj vcelku vyrovnaný. Keď sú však ľudské oči vystavené neustálym zmenám kontrastu, rýchlo sa unavia a je pravdepodobné, že nás čoskoro začne bolieť hlava. Takže z dlhodobejšieho hľadiska, a zvlášť v prípade priameho slnečného svetla, je kamera lepšia než ľudské oko. A navyše, nikdy nebude potrebovať slnečné okuliare.
Teraz, keď sme už prebrali rozlíšenie a svetelnú citlivosť kamier a oka, pozrime sa na zorné pole a mechanické rýchlosti. Zorný uhol oka je približne 75° – 95° a rýchlosť zmeny uhla pohľadu (panorámovanie) je zhruba 900° za sekundu. Ak tieto údaje porovnáme so súčasnými PTZ kamerami, je ľudské oko rýchlejšie než väčšina z nich a zatiaľ prekonáva aj algoritmy automatického preostrovania kamier. Vylepšovanie ostrenia bude preto v nasledujúcich rokoch jedným z hlavných objektov záujmu výrobcov kamier.
Ľudské oko optické priblíženie nemá, v tomto majú IP bezpečnostné kamery stále obrovský náskok. Sme svedkami neustálych vylepšovaní vo vývoji optiky a motorov v PTZ kamerách, s ktorými Darwin nedokáže držať krok.
Treba mať na pamäti, že ako ľudské oko môžu zasiahnuť infekcie a cudzie predmety, môžu isté veci ovplyvňovať aj bezpečnostné kamery. Špina, hmla, prach a dokonca pavučiny ovplyvňujú tak kamery, ako aj naše oči. Spôsoby inštalácie a prevedenie krytu preto musí umožňovať odstraňovanie nečistôt z optiky. To je stále viac vnímané ako dôležité a určite bude v tomto smere zaznamenaný aj ďalší vývoj.
Najväčšou výhodou kamier oproti našim očiam je však to, že nikdy nepotrebujú spať!
Od detekcie k analýze
Skutočnosť, že kamery nemusia odpočívať, je aj dôvodom, prečo videoanalýza vyniká v oblastiach, akými sú nepretržité monotónne úlohy typu počítanie osôb, detekcia prekročenia danej línie a rozpoznávanie registračných značiek vozidiel (LPR – license plate recognition). Predstavte si, akú trpezlivosť by ste museli mať, keby ste sedeli pri diaľnici a zaznamenávali značku každého prechádzajúceho auta. Pokiaľ však príde na vyspelejšie analytické úlohy, ľudský mozog a intuícia vyhrávajú nad bezpečnostnou kamerou vo väčšine aspektov.
Ak pracujú kamery v riadenom prostredí, funguje vyspelá analýza skutočne vynikajúco. O detekcii tvárí v dave pomocou dohľadových kamier zatiaľ môžeme snívať, ale vieme úspešne realizovať detekciu tváre v kontrolovanom prostredí. Nielenže táto inteligentná funkcia bude mať v budúcnosti zásadnú úlohu v riadení prístupu (v dochádzkových systémoch), ale uplatní sa aj v špeciálnych aplikáciách, napríklad v programoch odmien pre verných zákazníkov.
Pokiaľ máme hovoriť o detekcii neobvyklého správania a forenznom skúmaní, nič sa nevyrovná skúsenému strážnikovi alebo operátorovi. Aj keď sa vyspelá behaviorálna analýza stále vylepšuje, ľudský prvok bude zásadný ešte mnoho rokov – nech sa vám to kriminálne televízne seriály a filmy snažia akokoľvek predstaviť, je to stále v rovine sci-fi.
Kľúčom k budúcnosti je čo najviac vyťažiť z vysoko kvalitných dát, ktoré IP kamery snímajú, a vymyslieť nové a novátorské spôsoby využitia týchto informácií. V budúcnosti bude jasným víťazom maloobchodný predaj. Analýza sa bude vylepšovať – predovšetkým v spojení s tým, ako vývojárov softvéru z rôznych profesií priťahuje odvetvie dohľadových systémov s cieľom vyvíjať aplikácie, ktoré by bežali priamo vo vnútri samotnej kamery – ale takmer vždy bude potrebná aj prítomnosť človeka, aby táto oblasť využitia mohla dobre rásť.
Pokiaľ však spomíname analýzu a softvér, existuje tu stále závažnejšia problematika prípadných žalôb ohľadom patentovej ochrany, ktorá by sa snažila zablokovať použitie určitých algoritmov. Deje sa tak v našom, ako aj v iných odboroch, vrátane trhu mobilných telefónov. Jedným z riešení by mohlo byť združenie patentových poplatkov rôznych držiteľov patentov tak, aby zdieľali svoje inovácie s celým svetom a súčasne, aby celkové náklady pre koncového používateľa boli čo najnižšie. Získali by sme tak voľnosť zavádzania inovácií a mali hybný moment pre rozvoj obchodu. Pokiaľ tomu tak nebude, budú ľudia nad dohľadovými systémami víťaziť ešte mnoho rokov, pretože človeka patentovať nemožno (našťastie!).
Ako ste na tom s dlhodobou a krátkodobou pamäťou?
Všetci máme osobné spomienky, ku ktorým sa môžeme v ktoromkoľvek okamihu v mysli vrátiť. Nie som špecialista na neurológiu, takže smiem žasnúť nad tým, akým ohromujúcim spôsobom náš mozog dokáže analyzovať obrázky a videozáznamy z našej minulosti a súčasne ich vie uchovávať mnoho rokov. V tejto disciplíne za človekom zaostávajú aj najvyspelejšie počítače. To je určite dobrá správa pre policajných vyšetrovateľov vypočúvajúcich svedkov zločinu. Nie je však vylúčené, že sa aj vo výpovedi očitého svedka môže ukázať nepresnosť.
Hovorí sa, že človek má krátkodobé a dlhodobé spomienky. Dohľadový systém je na tom rovnako. Dlhodobé spomienky si môžeme predstaviť ako sieťové (NVR) systémy a systémy ukladajúce dáta na servery, ktoré sú schopné zaznamenávať a uchovávať ich dlhý čas. Ukladanie záznamu priamo v kamerách potom predstavuje krátkodobú pamäť, ktorá sa v kamerách stále zlepšuje, avšak nie v dôsledku precvičovania pamäte, ale vďaka Mooreovmu zákonu.
Lokálne ukladanie záznamov v malých kamerových systémoch má rad výhod a bude sa stále rozvíjať. Dnešným štandardom pre moderný dohľadový systém je rozlíšenie HDTV a – pri správnej konfigurácii – používateľ nikdy nepríde o žiaden snímok. Vďaka rozvoju SD pamäťových kariet, ktoré sú teraz dostupné aj v kapacitách 64 a 128 GB, pričom väčšie kapacity sú už na ceste, budeme môcť v nasledujúcich rokoch ľahko uchovávať celé týždne videozáznamu vo vysokej kvalite priamo v kamere alebo enkóderi.
A rastú nielen kapacity úložného priestoru. Rovnako sa zvyšuje rýchlosť aj dostupnosť internetu. Zažívame rozmach služby Gmail, internetového bankovníctva, streamovania filmov, ukladania osobných dát, zdieľania súborov a ďalších služieb využívajúcich riešenia typu cloud. Obdobná ľudská potreba – mať kedykoľvek a odkiaľkoľvek prístup k obrazu z kamier – vedie k vzniku hostovaného videa. Zatiaľ čo záznam v kamerách je dokonalý pre aplikácie navrhnuté pre jedno konkrétne miesto, hostované video slávi úspech tam, kde koncový používateľ potrebuje monitorovať obraz viacerých kamier na rôznych miestach.
Napriek tomu, keď hovorím o raste kapacity dát ukladaných v kamere a ukladaní hostovaného videa, dostávam často otázku, či tieto technologické trendy znamenajú koniec systémov VMS. Odpoveď je jednoduchá: tieto kamery budú stále potrebovať riadenie a práve dobrý VMS systém to zvláda najlepšie!
Skutočnú zmenu prinesie trh malých kamier, kde čoskoro budeme svedkami toho, že kamery s vlastným záznamom nahradia riešenie DVR. Tento trend môže byť ešte výraznejší, keď skombinujeme dobrú kameru s vlastným záznamom a analytické možnosti. Tretím stupňom je kombinácia lokálneho záznamu a hostovaného videa. Využitie analytických funkcií v spojení s väčšou kapacitou kamier s lokálnym záznamom bude atraktívne preto, že toto riešenie nepotrebuje pripojenie k internetu.
Takže aj keď si človek dokáže vybaviť aj tie najrannejšie spomienky, IP dohľadový systém má najspoľahlivejšiu dlhodobú pamäť a aj jeho krátkodobá pamäť výrazne prekoná tú ľudskú.
Človek vs. stroj
Položme si otázku: „Je vo svete dohľadových systémov lepší človek alebo stroj?“ Je zrejmé, že na dosiahnutie maximálnej účinnosti je nutná spolupráca oboch – dnes aj v budúcnosti.
Človek má videnie s vyšším rozlíšením, ale IP kamera nám pomáha vidieť v zlých svetelných podmienkach a dokonca aj v úplnej tme. Ochranka a vojaci v poli dokážu rýchlo rozpoznať známky problému, zatiaľ čo ich kolegovia v riadiacom centre použijú kamery pre priblíženie obrazu a získajú tak bližší – a bezpečnejší – pohľad. Náš mozog vie analyzovať scénu a predvídať správanie vďaka ľudskej intuícii, ale IP kamera skvelo pomáha s opakovanými úlohami bez toho, aby sa unavila alebo zaspala. Naša dlhodobá pamäť je vo svete zvierat bezkonkurenčná, ale kamera nikdy neklame, ani si spomienky nepletie a neupravuje.
V dôsledku Mooreovho zákona máme stále väčší výpočtový výkon a použiteľnejšie rozlíšenie, zatiaľ čo doterajšia ľudská evolúcia, zdá sa, spočíva v tom, že je nás viac, sme vyšší – a aj širší – rovnako ako naše staré analógové televízory!
IP video sa bude stále zlepšovať a ľudia sa musia prispôsobiť, aby z dostupnej technológie mali čo najväčší úžitok. A pri pohľade na prebiehajúce preteky je zrejmé, že pán Moore beží oveľa rýchlejšie než pán Darwin.
