政府機関、地方自治体、金融機関、企業の間では、映像監視技術を犯罪防止やセキュリティーにとどまらず、資産管理、リスク軽減、危険防止などのアプリケーションにも応用する動きが広がっています。

そうした中、カメラメーカーは価格を抑えながら、より「スマート」なカメラを開発する必要に迫られています。これは、設置コストの低さ、スケーラビリティー、インテリジェンスの追加が可能といった理由から、アナログカメラからデジタル高精細 (HD) IP 監視カメラへの置き換えがますます進んでいるからです。

例えば、ワイド・ダイナミック・レンジ (WDR) CMOS 画像センサー技術は、極めて厳しい照明条件下でも優れた解像度と性能を発揮し、高品質画像を実現します。下の図は、インテル® FPGA を中心とする WDR CMOS センサーのインターフェイス方法を示しています。

現在、シンプルなモーション検出機能が高度なビデオ解析機能に置き換えられつつあります。これは、ビデオ監視の自動化を実現し、ひいては大幅なコスト削減につながります。インテル® FPGA を使用すれば、高度なビデオ解析を実現できます。

インテル® FPGA は、以下の特長により、次世代の HD IP カメラのデザインにおいて重要な役割を果たします。

  • 柔軟性:最大 1080p60 をサポートする HD WDRビデオ画像センサーをはじめとする各種画像センサーをインターフェイス可能
  • 高速処理:欠陥ピクセル補正、ガンマ補正、ダイナミック・レンジ補正、ノイズ・リダクションなどの機能を備えた完全な画像センサ・パイプライン (ISP) IP (Intellectual Property) を搭載
  • コスト効果の高いソリューション:センサー・インターフェイス、画像圧縮、パン-チルト-ズーム (PTZ) コントロールなどの機能を 1 つのデバイスに統合可能
  • 高性能 HD ビデオ解析機能
  • スモール・フォーム・ファクターの Cyclone® V パッケージングによって、わずか 11x11 mm2 に完全な IP カメラデザインを統合

FPGA ベースのネットワーク・カメラ の簡略ブロック図

業界初の HD WDR ネットワーク・カメラ用チップセット

インテルは、業界初の HD WDR ネットワーク・カメラ用チップセットにより、ビデオ解析カメラ・システムの開発を簡素化しました。それにより、ISP IP の調達が簡素化されると同時に、IP と FPGA の両方を 1 社のベンダーから調達することが可能になります。インテルは、ISP プロバイダーである Apical 社と HD WDR センサーメーカーである AltaSens 社との協力の下、AltaSens 社の WDR センサーに最適化された検証済み ISP を提供します。他の ASSP プラットフォームや DSP プラットフォームでは、1080p60 センサーとデータパスによる WDR テクノロジーを統合した包括的なパイプラインは提供できません。1080p および 720p WDR CMOS センサーからの広帯域幅データを処理できるデバイスは、FPGA だけです。

HD WDR ネットワーク・カメラ用チップセット

インテルの業界初の高精細 (HD) ワイド・ダイナミック・レンジ (WDR) ネットワーク・カメラ用チップセットは、ビデオ解析カメラシステムの開発を簡素化します。それにより、IP と FPGA の両方を 1 社のベンダーから調達することが可能になります。

インテル独自のチップセットは、Apical 社の HD WDR フル画像信号処理 (ISP) パイプライン IP および AltaSens 社の 1080p60 A3372E3-4T 画像センサをサポートしたセキュリティ・チップと Cyclone® IV E FPGA を組み合わせたものです。完全なセンサー処理ソリューションとして提供することにより、Apical 社 IP へのアクセスを簡素化すると同時にリスクを低減しています。詳細については、販売代理店にお問い合わせください。

他の ASSP プラットフォームや DSP プラットフォームでは、1080p60 センサーとデータパスによる WDR テクノロジーを統合した包括的なパイプラインは提供できません。1080p および 720p WDR CMOS センサーからの広帯域幅データを処理できるデバイスは、FPGA だけです。

画像センサー処理パイプラインの課題

今日の WDR センサーは、最大 20 ビットの RAW 画像データを出力しますが、画像センサー・パイプライン (ISP) がないと標準 ASSP または DSP デバイスに接続することは困難です。

図 1 は、街中の風景を撮影した際に、標準のカメラを使用した場合 (左) と WDR 画像センサー搭載カメラを使用して適切な画像処理を行った場合 (右) の出力画像の比較です。この 2 つの画像を比較すると、高性能 ISP IP コアによって高コントラストの風景から最大限のディテールを引き出すことが可能であることがわかります。特に、右の画像は暗い部分が鮮明になっているにもかかわらず、明るい部分の露出が過度になっていません。

図 1. 標準センサー出力画像と WDR センサー出力画像の比較

Figure1. Standard Sensor vs. WDR Sensor Output Image
(画像提供:Apical 社)

WDR センサーは高解像度と高いフレームレートをサポートしていますが、ピクセル補正、ローカル・トーン・マッピング、ホワイトバランス調整などの処理のために、より高い処理能力が必要です。これは市販の DSP や一部の ASSP では問題となります。CMOS WDR センサはオンチップ画像パイプライン処理がなく、最大 20 ビット/ピクセルの画像データを RAW/Bayer フォーマットで出力するからです。センサーから出力される RAW データの量は、下に示す式で計算できます。

  • 20 ビット/ピクセル x (1280 x 720) ピクセル/フレーム x 60 フレーム/秒 = > 1 Gbps

こうした大量のデータが出力されるため、ネットワーク・カメラ・ソリューションに通常使用される ASSP に 次世代の WDR センサーを接続することは困難です。

インテルのネットワーク・カメラ・ソリューション

Cyclone® III または Cyclone® IV FPGA とネットワーク・カメラ・リファレンス・デザインを使用すると、FPGA に画像センサーを直接接続し、ISP を完全に実装し、エンコーダや PHY デバイスを接続することが可能になります。また、外部 DSP デバイスや ASSP の必要なく、FPGA チップ 1 個で H.264 エンコーディングを実行したり、完全な IP ネットワークカメラ・パイプラインを構築したりすることも可能です。

インテル® FPGA は、HD WDR センサーデータの効率的な処理に最適です。画像処理 IP におけるリーダーである Apical 社との協力によるこの HD WDR センサー・インターフェイス・ソリューションは、以下の機能を備えた ISP (図 3) を提供します。

  • ホットピクセル除去およびノイズ・リダクション (空間処理および時間処理用 IP コアが利用可能)
  • ピクセル単位の高度なトーンマッピング (Apical 社の特許取得済み Iridix IP コア)
  • 高度なデモザイクおよび色補正

図 2. Apical ISP のブロック図
Block Diagram of Apical's ISP

画像センサー・パイプライン IP 提供の簡素化

インテル、Apical 社、および AltaSens 社のソリューションは、ISP をシンプルなチップセットに低リスクかつ低コストで実装する手段をカメラメーカーに提供します。この独自のソリューションは以下を統合したものです。

  • Cyclone® IV E FPGA と、Apical 社の HD WDR フル画像処理 (ISP) パイプライン IP をサポートしたプログラム済みセキュリティー・デバイス
  • AltaSens 社の 1080p60 A3372E3-4T 画像センサー技術

この独自のソリューションは、完全なセンサー・インターフェイス・ソリューションを提供することにより、Apical 社の IP へのアクセスを簡素化すると同時にお客様のリスクを軽減します。

このチップセットは、IP と FPGA の調達を一元化することにより、ネットワーク・カメラ・システムの開発を簡素化します。別のベンダーから IP を購入したり、ライセンス料金や NRE (Non-Recurring Engineering) を別途支払ったりする必要がなくなり、チップセット自体の料金のみですみます。

Apical 社の IP のダウンロード、評価ライセンスのオンライン登録、およびチップセット購入前のシステムの評価は、販売代理店がお手伝いいたします。評価後、IP およびライセンスをオンラインで入手し、インテル® Quartus® Prime FPGA 開発ソフトウェアに組み込みます。この既製でありながら柔軟なチップセットは、開発期間を短縮すると同時にカメラデザインの柔軟性を高めます。さらに、FPGA の柔軟性により、独自機能でデバイスをカスタマイズして競合製品との差異化を図ることも可能です。

インテルとパートナーである Eutecus は、性能が最も高く、コストと消費電力が最も低いワンチップ FPGA ベースのソリューションを提供することを目的として設計された多様なビデオ解析ソリューションを用意しています。

MVE* Core V2.x は、高性能で構成可能なビデオ解析ソリューションを、固定プラットフォームおよび移動プラットフォームの幅広いアプリケーションに提供します。

MVE* Core V2.x では、高性能ビデオ解析アクセラレーター (Eutecus ビデオ・コプロセッサー) と組込みソフトウェア (Eutecus InstantVision* SW) を組み合わせて、(1 チャネルの) ビデオ解析機能、(複数チャネルの) フュージョン解析機能、またはその両方を実行します。その結果、MVE* Core によって、単一または複数のビデオストリームから意味のあるデータを抽出し、あらかじめ指定したイベントをリアルタイムで検出することができます。これにより、幅広いエンベデッド・デバイスに対して実用的なインテリジェンスが提供されます。

MVE* Core ビデオ解析エンジンのブロック図

 

4 チャネル ReCo*-Pro モジュール

 チャネル ReCo*-Pro モジュールは、フル HD の MVE* 対応ビデオ解析コアを実装することで、選択したアプリケーション分野への迅速な導入を実現します。

図 1. 4 台のカメラを搭載した ReCo*-Pro ビジョンシステム

ReCo*-Pro VA モジュールは、汎用的な入出力接続による構成が可能で、堅牢なポータブル・プラットフォーム上で使用できるように設計されています。IP ライブラリーには、ISP、ビデオ I/O、ビデオ解析、ビデオ圧縮、イーサネット / シリアル・ホスト・コントロール・ソリューションがあり、シームレスな統合に対応しています。

ReCo* VA モジュールを製品に実装する ODM、OEM、インテグレーターは、堅牢な画像処理機能によるメリットが得られます。この画像処理機能は、システムにハードウェアとして実装されている一方で、リモートからのファームウェア / ソフトウェアのアップグレードと再構成が可能なので柔軟性も維持されています。

図 2. 4 チャネル ReCo*-Pro モジュール

ReCo*-Pro モジュールは、Cyclone® V SoC FPGA + ARM*上に構築されており、センサー / カメラ特有の ISP やビデオ圧縮アプリケーションに必要な追加の処理要件に対応することができます。また、このモジュールは移動プラットフォーム・アプリケーション (ADAS、UAS) 向けのマルチチャネルのビデオ解析機能もサポートしています。すべてを総合すると、ReCo*-Pro ベースのリアルタイム・ビデオ解析処理がサポートする 4 台の小型ワイド・ダイナミック・レンジ HD カメラは、現在課題となっているアプリケーションに圧倒的なパフォーマンスとシーン認識機能を提供します。

ソリューション:

  • インテリジェント照明ソリューション
  • インテリジェント・トラフィック監視ソリューション
  • インテリジェント・ビル・セキュリティー・ソリューション

産業用アプリケーション:

  • 資産監視
  • セキュリティー監視
  • 駐車スペース監視
  • 小売監視
  • トラフィック監視

詳細については、インテルまたは販売代理店にお問い合わせください。