Snemanje v ločljivosti 4K. Šifrirano pretakanje v živo. 12-urna baterija. Ohišje vojaškega razreda. Tukaj je tisto, kar je dejansko potreboval.
Naloga je bila tako kot pri večini vladnih pogodb: podrobni rezultati, nejasni omejitve. Dobavitelj opreme za javno varnost je potreboval na telo nosilec naslednje generacije – 5G na telo nosilec, s povezavo 5G, zmožnostjo 4K, pripravljenim za šifriranje in dovolj vzdržljivim, da preživi vse izzive, ki jih organi pregona postavijo strojni opremi. Oh, in pripravljen za proizvodnjo. Ne prototip. Ne pilotna serija. Velika količina. Ta nosljiva nadzorna kamera je morala delovati kot naprava za pretakanje videa v realnem času.
Že prej smo izdelovali robustne naprave – projekte OEM za telesne kamere, industrijske nosljive naprave, varno strojno opremo interneta stvari, vključno s programi OEM/ODM za telesne kamere. Toda ta je imela drugačen pritisk: podatke iz verige skrbništva, skladnost s CJIS. Policisti na terenu so odvisni od posnetkov, ki bi lahko končali na sodišču. Vsaka inženirska odločitev je imela pravno težo, ne le tehnično.
Takole je projekt dejansko izgledal: kompromisi, neuspehi, odločitve, ki niso bile vključene v specifikacijo.
Pregled projekta: Telesna kamera za organe pregona
Ozadje stranke
Stranka je bila vladni izvajalec in dobavitelj policijske opreme, ki je gradil 5G kamero naslednje generacije za regionalno uporabo v organih pregona – program kamer za telesne organe pregona. Osrednja zahteva ni bila le kamera; bila je povezljivost s poveljniškim centrom v realnem času, celoten cevovod dokazov in naprava, ki bi lahko preživela fizične pogoje patruljiranja brez ene same točke odpovedi v varnostni arhitekturi.
Cilji projekta
Iz začetnega opisa so izšli štirje nepogrešljivi elementi: snemanje v ločljivosti 4K s pretakanjem v realnem času prek omrežja 5G, vzdržljivost vojaškega razreda, varno in šifrirano shranjevanje ter prenos podatkov kot varen prenosnik videa ter življenjska doba baterije vsaj 10 ur na izmeno. Peta zahteva je imela v praksi enako težo: pripravljenost za množično proizvodnjo. Delujoč prototip, ki ga ni bilo mogoče prilagoditi količini, ni bil rešitev.
Izzivi industrije pri razvoju kamer, ki se nosijo na telesu: Naprava za varen prenos videa
Omrežna pasovna širina in prenos z nizko zakasnitvijo
Pretočno predvajanje 4K z visoko bitno hitrostjo ustvarja težavo, ki je na papirju videti drugače kot na terenu. V laboratoriju jo 5G zlahka reši. Na patrulji se soočate z vrzelmi v pokritosti, prenosom signala med celicami in občasnimi mrtvimi conami. Kamera ne more shranjevati podatkov v nedogled; operaterji v poveljniškem centru potrebujejo posnetke v živo, ne ponovitve. Za napravo za pretakanje videa v realnem času smo morali načrtovati za nestabilna omrežna okolja kot privzeti pogoj, ne za skrajni primer.
Naivni prehod s 5G na LTE je pri obremenitvi povzročil 1.2-sekundno vrzel v pretakanju. Nesprejemljivo. Prestrukturirali smo upravljanje medpomnilnika in ga spravil pod 200 ms. To je vrsta podrobnosti, ki se nikoli ne prikaže v podatkovnem listu, vendar je pri uvajanju izjemno pomembna.
Varnost podatkov in skladnost s pravnimi predpisi
Posnetek s kamere organa pregona je dokaz. V ZDA spada pod CJIS, v Evropi pod GDPR in povsod drugod pod mešanico lokalnih predpisov o verigi skrbništva. Šifriranje od začetka do konca, shranjevanje, zaščiteno pred nedovoljenimi posegi, in možnost revizije niso funkcije – to so osnovne zahteve za vsako varno napravo za prenos videa. Če katera koli od teh funkcij ni izpolnjena, je naprava diskvalificirana pri javnem naročanju. Če jih napačno izpolnite, je za agencijo to pravno izpostavljeno.
Poraba energije v primerjavi z zmogljivostjo
Neprekinjeno snemanje v ločljivosti 4K in hkratni prenos v omrežju 5G na napravi velikosti kupa kart predstavljata toplotni in energetski problem, ki ga zgolj inženirske specifikacije ne morejo rešiti. Omejitev ni le zmogljivost baterije, temveč tudi to, kako agresivno lahko upravljate napajalne tirnice, ne da bi pri tem prišlo do prekinitev snemanja, in kako odvajate toploto v zaprtem ohišju, ki se nosi ob človeškem telesu – kar je značilno za nosljivo nadzorno kamero.
Omejitve robustnosti
Vodoodpornost IP67/IP68, odpornost proti padcem z višine od 1.5 m do 2 m in delovanje v temperaturnem območju od -20 °C do 60 °C niso nenavadne zahteve za robustno elektroniko. Kar otežuje telesne kamere, je kombinacija: zatesnjene pred vdorom vode, dovolj lahke za celodnevno nošenje (≤180 g) in dovolj trpežne, da prenesejo metanje po sobi – vse v istem ohišju, kar opredeljuje robustno zasnovo telesnih kamer.
Zasnova sistemske arhitekture: Edge AI telesna kamera
Izbira platforme Core SoC
Ocenili smo tri možnosti čipov. Zmagala je Qualcommova platforma 5G. Integrirani ISP je obvladoval kodiranje 4K brez ločenega čipa, kar je omogočilo obvladovanje porabe energije in števila čipov. Neuralni procesor nam je dal prostor za umetno inteligenco, ki bi ga kasneje potrebovali za kamero z umetno inteligenco na robu ohišja.
Arhitektura modula kamere
Izbrali smo CMOS senzor Sony serije IMX z velikim razmikom med slikovnimi pikami, osvetlitvijo zadnje strani in izvornim širokim dinamičnim razponom. Procesor ISP obvladuje tonsko preslikavo WDR v realnem času pri ločljivosti 4K in 30 sličicah na sekundo, ne da bi pri tem izpuščal sličice ali povzročal artefakte gibanja, ki pestijo cenejše izvedbe WDR. Preklapljanje IR-filtrov omogoča pravi nočni vid. Filter je mehanski, ne elektronski; IR-filtri imajo težave z doslednostjo pri temperaturnih ekstremih, kar je pomembno za napravo, ki je zasnovana za -20 °C.
Izbira objektiva se je omejila na 140° vidno polje z digitalnim zoomom namesto optičnega zooma, kar bi povečalo mehansko kompleksnost in povzročilo težave. Pri ločljivosti senzorja 4K 2× digitalni izrez še vedno zagotavlja posnetke dokazne kakovosti.
5G in komunikacijski podsistem
Rezervna veriga modemov je bila od prvega dne neizogibna: pod 6 GHz 5G, LTE Cat-6, WiFi 6, z neprekinjenim delovanjem GNSS za metapodatke GPS na vsakem posnetku. Policisti ne morejo izbirati okolja pokritosti. Kamera klic opravi nevidno, brez izgubljenih sličic, ne da bi uporabnik vedel, da je preklopila – kar tvori celovito rešitev za telesno kamero LTE/5G.
Arhitektura shranjevanja in varnosti
Prvo vprašanje v katerem koli projektu, ki ga ureja CJIS, ni povezljivost. Gre za to, kaj se zgodi s posnetkom, kdo lahko dostopa do njega, kako je zaščiten v mirovanju in kaj se zgodi, če napravo ukradejo, preden doseže priklopno postajo. Strojna oprema odgovarja na ta vprašanja. Programska oprema upa, da bo.
UFS 2.2 prek eMMC za hitrost pisanja, ozko grlo pri večini zasnov telesnih kamer, je pot pisanja v pomnilnik pri hkratnem snemanju in nalaganju. Strojna šifriranje AES-256 na ravni krmilnika pomnilnika, ločeni varni element za upravljanje ključev in varno zaklepanje verige vdelane programske opreme od zagonskega nalagalnika navzgor. Ključi nikoli ne zapustijo varnega elementa. Ta arhitektura krepi napravo kot varno napravo za prenos videa.
Odlično! Nadaljeval sem s čiščenjem ločil za celoten članek, pri čemer ohranite vse naslove H2 in H3 ter izvirno besedilo. Tukaj je naslednji razdelek in naprej:
Inženiring tiskanih vezij in strojne opreme: Robustna zasnova ohišja kamere
Večplastna visokohitrostna zasnova tiskanih vezij
Osemplastna tiskana vezja bi bilo ceneje. Uporabili smo jih deset.
Razlog: RF izolacija. Antena 5G, nameščena v bližini 4K video cevovoda, z vsem posledičnim preklopnim šumom, potrebuje fizično ločitev in nadzorovano impedanco, ki je ni mogoče izdelati v osmih plasteh na plošči, ki je nimate. Antenske sledi na zunanjih plasteh so zahtevale nadzorovano impedanco 50 Ω, ki je bila preverjena na vsaki stopnji izdelave, ne pa predpostavljena.
Signalne plasti so obdajale dve notranji ozemljitveni ravnini, pri čemer je bilo omrežje za distribucijo električne energije izolirano na namenskih notranjih plasteh, stran od RF sklada. Zaščitne pločevinke pred elektromagnetnimi motnjami so neodvisno pokrivale modem in procesor. Kombinirana zaščita na eni plošči lahko prihrani 0.3 mm višine plošče z združitvijo dveh čipov.
Pet gramov razlike. Izognili smo se elektromagnetnemu glavobolu.
RF načrtovanje in uglaševanje anten
Postavitev antene je trajala tri ponovitve. V prvem prehodu je bila antena 5G postavljena preblizu baterije. Litij-ionske celice niso radiofrekvenčno tihe; interakcija poslabša RSRP za približno 4 dB v nizkem pasu, kar je na območjih s šibko pokritostjo razlika med stabilnim pretokom in prekinjeno povezavo. Anteno sem premaknil na vrh plošče in dodal izrez za ozemljitveno ravnino. Težava rešena.
Sledilo je testiranje skladnosti s SAR. Nosljive naprave imajo specifične omejitve stopnje absorpcije; kamera je nameščena ob telesu, ne pa pritrjena. Karakterizacijo SAR smo izvedli zgodaj, preden je bila zaklenjena končna geometrija antene, kar nam je omogočilo prilagoditve brez ponovnega vrtenja celotne plošče. Ekipe, ki preskočijo zgodnje testiranje SAR, pogosto plačajo za to z drago revizijo v pozni fazi.
Zasnova upravljanja porabe energije
Baterijski sklop: litij-ionski paket s kapaciteto 4,800 mAh v konfiguraciji celic po meri, dimenzionirani glede na geometrijo ohišja. PMIC je upravljal pet neodvisnih napajalnih vodov – procesor, modem, kamero, pomnilnik in podsistem senzorjev, ki so vedno vklopljeni – z dinamičnim preklapljanjem med stanji glede na aktivnost.
Inteligentni razporejevalnik porabe energije je podaljšal čas delovanja za približno 90 minut v primerjavi z naivno implementacijo, ki je bila vedno vklopljena. Modem v stanjih nizke porabe energije med prenosi; sklepanje NPU-ja iz namenske tirnice, ločene od glavnega procesorja aplikacije; lokalno shranjevanje samo, ko pretakanje ni bilo aktivno.
USB-C PD omogoča hitro polnjenje od prazne do 80 % v manj kot 90 minutah. Magnetni priklopni sistem zanesljivo doseže polnilne kontakte z eno roko v temi. Poravnava ni potrebna.
Toplotno upravljanje
Grafitni toplotni razpršilniki na notranjem okvirju iz aluminijeve zlitine, ne le hladilniki na procesorju. Toplotna simulacija med načrtovanjem je odkrila vročo točko v bližini modema, ki bi skrajšala življenjsko dobo baterije za približno 18 %. Premestitev bakrenega ulitka je težavo odpravila.
Pregreta baterija se hitreje izprazni in v celotni življenjski dobi zagotavlja manjšo kapaciteto. Upravljanje temperature ne pomeni le preprečevanja izklopa, temveč tudi ohranjanja specifikacij v osemnajstem mesecu uporabe.
Integracija umetne inteligence in pametnih funkcij: Edge AI telesna kamera
Zmogljivosti robne umetne inteligence
Kamera na ohišju z umetno inteligenco na robu ohišja živi in umira glede na to, kaj zmore nevronska procesna enota (NPU) brez povezave z oblakom, saj patruljna okolja niso strežniške sobe. Kaj je bilo dobavljeno: snemanje s sproženjem gibanja, merilnik pospeška in analiza vida v ozadju sprožita popolno snemanje, ko je zaznana aktivnost, zaznavanje obrazov za označevanje metapodatkov (ne identifikacije), označevanje, da so v posnetku prisotni obrazi za indeksiranje dokazov, in zmanjševanje šuma z umetno inteligenco v zvočnem cevovodu.
Česar v različici 1 ni bilo: prepoznavanje registrskih tablic. V nadzorovanih pogojih smo dosegli natančnost 91 %. V pogojih uporabe – poševni koti, premikajoča se vozila, spremenljiva osvetlitev – se je natančnost znižala na 78 %. Ni dovolj dobro za potek dela s pravnimi dokazi. V različici 2 je na voljo z bolje usposobljenim modelom in kompenzacijo kota.
Zmanjševanje šuma z umetno inteligenco je bila funkcija za spanje. Telesne kamere zbirajo šum vetra, šum tkanin in radijske presluhe. Z NPU pospešeno dušenje je v internem testiranju izboljšalo natančnost prepisovanja posnetkov v napravi za približno 30 %. To so opazili uradniki. To je ena od funkcij, ki je bila v povratnih informacijah o uvedbi omenjena sama od sebe.
Sinhronizacija v oblaku v realnem času
Šifrirano pretakanje v živo v komandni center poteka prek povezave 5G LTE z avtomatskim preklopom, ki definira napravo za pretakanje videa v realnem času. V trenutku, ko se kamera priklopi, se posnetek samodejno naloži v zaledno omrežje, brez ročne sinhronizacije in brez vrzeli v skladnosti, medtem ko je posnetek shranjen v lokalnem pomnilniku. Posodobitve FOTA se prenesejo prek kanala MDM ob istem dogodku priklopa. Nihče ne pritisne gumba.
Mehanska in robustna zasnova: nosljiva nadzorna kamera
Inženiring ohišij
Zasnova tesnila IP67 je uporabljala po meri oblikovana tesnila na vsakem vmesniku: pokrovu vrat USB-C, gumbu za vklop, gumbu za snemanje, modulu objektiva, pladnju za SIM. Stiskanje tesnila je bilo določeno tako, da ohranja tesnjenje skozi 500 toplotnih ciklov, saj naprava, ki ima zaščito IP67 prvi dan, vendar ne 180. dan po zimi temperaturnih nihanj, v praksi ni IP67.
Ohišje je iz PC ABS plastike s prevleko iz TPU na območjih udarca. Test padca po standardu MIL-STD-810G: 1.8 metra, 26 orientacij, betonska površina. Pri prvem prototipu smo padli pri 11. orientaciji. V vogalu blizu pladnja za SIM kartico je počila notranja sponka za zadrževanje tiskanega vezja, kar je povzročilo občasne okvare povezave zaslona.
Natančneje, okoli tega vogala smo dodali prevlečen TPU blažilec udarcev. V reviziji je prestal vseh 26 orientacij. Specifikacija navaja odpornost na padce z višine 1.8 m. Specifikacija ne pove, kateri vogal bo prvi odpovedal. Pove le padec. To opredeljuje robustno zasnovo ohišja fotoaparata v resničnih pogojih.
Ergonomska nosljiva oblika
Skupna teža je znašala 172 g, kar je znotraj cilja ≤180 g. Magnetni priklopni sistem zanesljivo omogoča priklop z enim dotikom, tudi z rokavicami, v temi, po deseturni izmeni. Namenski gumb za snemanje v sili z enim dotikom na sprednji strani takoj aktivira snemanje, brez odklepanja ali navigacije po menijih. Policisti v stresnih situacijah nimajo časa za uporabniški vmesnik, zaradi česar je to prava nosljiva nadzorna kamera.
Razvoj programske opreme: Naprava za varen prenos videa
Operacijski sistem po meri, ki temelji na Androidu
Operacijski sistem je Android in ni niti približno enak standardnemu. Različica za podjetja v celoti odstrani storitve za potrošnike in uporablja zaklenjen zagonski nalagalnik z integracijo MDM, vgrajeno od prvega zagona. To zagotavlja, da sistem deluje kot varna naprava za prenos videa.
Integracija sistema za upravljanje dokazov
Snemanje je najlažji del. Celovitost verige skrbništva – od ustvarjanja posnetka do sodne dvorane – je tisto, kar odloča o operativnem uspehu ali neuspehu programov telesnih kamer.
Naša integracija sistema za upravljanje dokazov poskrbi za celoten prenos. V trenutku, ko se kamera priključi na strežnik, se šifrirani posnetki samodejno naložijo v zaledni sistem, označeni z ID-jem naprave, ID-jem policista, GPS-koordinatami, časovnim žigom in vrsto sprožilca snemanja: ročni, samodejni ali s sprožitvijo gibanja. Brez ročnega označevanja. Brez manjkajočih metapodatkov.
Zaledni sistem ob nalaganju ustvari kriptografsko zgoščeno vrednost vsake datoteke. Če se posnetek po nalaganju kadar koli spremeni, se zgoščena vrednost ne bo ujemala in nedovoljeno spreminjanje bo zaznano. Dnevniki verige skrbništva so nespremenljivi. Vsak dogodek dostopa, predvajanja, prenosa in izvoza se zabeleži z uporabniškimi poverilnicami in časovnim žigom.
Za agencije z obstoječimi sistemi za upravljanje dokazov integracijska plast podpira standardne API-je in ne zahteva zamenjave lastniške platforme. Že sama ta odločitev je znatno skrajšala pogovore o javnih naročilih.
Odlično! Tukaj je različica preostalih delov vašega članka s popravljenimi ločili, pri čemer so vsi naslovi H2/H3 in izvirna vsebina ohranjeni:
Testiranje in certificiranje: Proizvajalec policijskih kamer
Testiranje zanesljivosti
Padčni test: 1.8 m, 26 orientacij, beton, celoten protokol MIL-STD-810G. Temperaturno nihanje od -20 °C do 60 °C, s karakteristiko baterije na spodnji meji: kamera zagotavlja približno 78 % časa delovanja pri sobni temperaturi pri -20 °C (navedeno v dokumentaciji izdelka, ni zakopana). Vibracijski test v skladu z metodo MIL-STD-810G 514. Testiranje odpornosti proti koroziji v solni megli na vsakem zunanjem vmesniku.
Delovanje pri -20 °C je težje, kot je videti na papirju. Mraz vpliva na kemijo baterije: kapaciteta se zmanjša, notranji upor se poveča, padec napetosti pod obremenitvijo se poveča. Ustrezno smo prilagodili algoritem polnjenja pri nizkih temperaturah, da bi znižali hitrost polnjenja med ciklom predhodnega ogrevanja in hitrim polnjenjem. Presenečenja pri uporabi v hladnem vremenu hitreje škodijo zaupanju kot katera koli omejitev specifikacij.
certificiranje
Certifikat CE in FCC za napravo 5G ni žig. Samo sklop RF testov je trajal šest tednov laboratorijskega dela v dveh testnih hišah. Predhodno testiranje skladnosti z interno prevedeno impedanco na antenskih vratih, sevanimi lažnimi emisijami, SAR – pomenilo je, da smo na uradni test prišli z veliko samozavestjo. FCC smo opravili že ob prvi predložitvi. Certifikat CE je zahteval eno ponovitev testiranja sevanih emisij v določenem pasu, ujete v predhodni skladnosti, popravljene s spremembo vrednosti komponente filtra.
Skladnost z RoHS je bila upravljana na ravni kosovnice (BOM) od prvega dne. Retroaktivna skladnost z RoHS na končni zasnovi je boleča in draga. Vsaka komponenta je bila v fazi odobritve preverjena v skladu z RoHS. Zatesnjeno ohišje IP67 je potrjeno v skladu s standardom IEC 60529.
Proizvodnja in množična proizvodnja: OEM/ODM za telesne kamere
Optimizacija DFM in DFT
DFM ni pregled, ki ga opravite na koncu. Gre za disciplino, ki jo vzdržujete ves čas. Postavitev komponent za zanesljivost spajkanja, dostopnost merilnih točk za ICT sonde, orientacije konektorjev, ki ne zahtevajo upogibanja za sestavljanje – te odločitve v fazi sheme so prinesle izkoristek nad 99 % pri količini.
Testna naprava IKT je bila razvita vzporedno z postavitvijo tiskanega vezja, ne po njej. Vrednotenje življenjskega cikla komponent je potekalo med izdelavo kosovnice (BOM), ne med proizvodnjo. Tukaj dokazuje svojo sposobnost partner za izdelavo originalne/odjemne opreme (OEM/ODM) za telesne kamere.
SMT in montaža
Večlinijska SMT proizvodnja s SPI in AOI na vsaki stopnji lepljenja in nameščanja. Rentgenski pregled vseh BGA ohišij. IKT je preverila vsako vezje pred funkcionalnim preizkusom. Za uporabo v okoljih z visoko vlažnostjo je na voljo možnost konformnega premaza. Končna kalibracija zajema uravnoteženost beline kamere, ravni zvoka in preverjanje GPS-položaja na enoto.
Sistem nadzora kakovosti
FCT je pred odpremo na vsaki enoti preizkusil celoten paket vdelane programske opreme: snemanje, pretakanje, šifriranje, karakterizacijo baterije. Test staranja: 10 ur pod obremenitvijo. Preverjanje stabilnosti snemanja videa je potrdilo, da ni padcev sličic, napak pri shranjevanju ali termičnega dušenja pri dolgotrajnih pogojih snemanja. 100-odstotna pokritost s funkcionalnimi testi. Nič ni dobavljeno kot vzorci.
Rezultati projekta: Naprava za pretakanje videa v realnem času
Dosežki uspešnosti
Stabilno pretakanje 5G z zakasnitvijo prenosa med omrežnimi prehodi pod 200 ms. 12-urna vzdržljivost baterije v standardnem načinu delovanja; 9.5 ure pod trajno obremenitvijo pretakanja. Snemanje 4K pri 30 sličicah na sekundo brez izgubljenih sličic v celotnem temperaturnem območju delovanja. Natančnost prepisovanja zvoka se je v primerjavi z neobdelanimi posnetki izboljšala za 30 % zaradi zmanjševanja šuma na osnovi NPU, kar potrjuje zmogljivost naprave za pretakanje videa v realnem času.
Lestvica uvajanja
Dostavljeno več regionalnim oddelkom za preprečevanje kriminala v dveh ciklih nabave. Proizvodna zmogljivost podpira obsežno uvajanje; proizvodna infrastruktura, pokritost s testiranjem in dobavna veriga so dimenzionirani za količino, ne za pilotne serije.
Zakaj sodelovati z nami pri programu telesnih kamer: Rešitev za telesne kamere LTE/5G, proizvajalec policijskih telesnih kamer
Večina partnerjev za strojno opremo vam izroči referenčno zasnovo in kosovnico. To ni program za telesne kamere; to je izhodišče z veliko nerazkritim tveganjem.
Kar prinašamo pri sodelovanju z proizvajalci originalne ali odjemalske opreme za 5G kamere, ki se nosijo na telesu – vključno z zmogljivostmi proizvajalcev originalne/odjemne opreme za telesne kamere in policijskih kamer – je celoten nabor: RF zasnova in visokohitrostno inženirstvo tiskanih vezij, integracijo modema, konfiguracijo operacijskega sistema Android po meri in MDM, varnostno arhitekturo, usklajeno s CJIS, mehansko povečanje robustnosti in masovna proizvodnja v velikih količinah z IKT in FCT pokritostjo na vsaki enoti.
Izvedli smo postopek certificiranja – FCC, CE, RoHS, IP67, MIL-STD-810G – za nosljivo strojno opremo 5G. Vemo, kje se kaj pokvari v testni komori in kako to popraviti, preden pride do tega. Ponujamo celovito rešitev za LTE/5G telesne kamere.
Kontaktirajte našo inženirsko ekipo
Za tehnični posvet se obrnite na našo inženirsko ekipo. Preden se zavežete k časovnemu načrtu, vam bomo povedali, kaj projekt dejansko vključuje.
