下一代智能锁设计整合视觉智能和安全性

将摄像头和锁集成到单一设备中的下一代视频智能锁

随着家庭和企业越来越重视安全，智能锁已成为现代访问控制系统的重要组成部分。这些设备通过集成无线连接、移动应用控制和生物识别认证，提供无缝且安全的用户体验，超越了传统的无钥匙进入方式。虽然许多现有系统依赖于单独的门铃摄像头进行视觉验证，但新一代视频智能锁正在重新定义这一类别，将摄像头和锁合二为一，成为智能设备。   视频智能锁是一种创新的访问控制解决方案，将摄像头、锁定机制和智能功能整合到一个设备中。传统的智能锁通常只提供无钥匙解锁方式（如指纹、密码或移动应用解锁）。相比之下，下一代视频智能锁进一步融合了视觉监控和智能分析功能，将其从简单的访问控制器转变为能够进行门前监控和事件感知的设备。   视频智能锁可以执行实时视觉监控和访客识别、多模式身份验证、远程访客管理和警报通知，以及与智能家居生态系统的集成。它们适用于各种场景，例如家庭安全管理、短期出租和度假屋、以及办公室和商业场所。   这些集成解决方案不仅提供便利，还能够实现远程监控、实时访问日志和篡改警报，使用户能够随时随地管理财产安全。无论是通过基于边缘的图像处理来增强可访问性，还是保护隐私，视频智能锁都代表了功能和安全方面的重大飞跃。   这一新一代的视频智能锁实现了访问控制和监控功能的融合。它不仅增强了入口的安全性和访客识别能力，还为现代智能生活场景提供了更直观、可控和智能的访问管理解决方案。然而，电源供应和电池寿命管理以及隐私和数据保护等挑战仍需考虑。

选择视频智能锁图像传感器的关键考虑因素

视频智能锁依赖于高图像质量，因为后续动作的准确性直接影响安全性和潜在的财产损失。这些产品及其功能结合了大量人工智能 (AI) 和机器学习 (ML) 技术。图像质量差可能会导致处理引擎超负荷，耗尽电力并延迟操作。   优化分辨率也至关重要，以确保捕获的图像包含足够的细节，使系统能够区分个体特征并采取适当的行动。较低的分辨率缺乏细节，可能导致在人或物体识别时出现错误。 智能锁通常由电池供电，因为为锁定区域提供有线电源往往不切实际或不可能。低功耗设备和系统非常理想，以延长电池生命周期并确保可靠、不间断的操作。   智能锁有严格的尺寸限制。它们必须紧凑，核心功能包括锁定机制和门铃摄像头。这些锁中的现代电子系统密集封装，包含多个传感器、处理引擎、连接模块和电池组。因此，所有这些组件必须集成到高度优化的设计中，不仅优先考虑功能和可靠性，还强调整体外形尺寸。

具有高质量和超低功耗的Hyperlux LP图像传感器

Hyperlux™ LP图像传感器系列专为超低功耗而设计。像AR0544和AR0830产品线涵盖了三种彩色滤光片（CFA）变体：Mono、RGB和RGB-IR。其硅和像素架构经过优化，可以在昼夜间提供优质的图像质量，从而减少对高功率红外（IR）LED的依赖。诸如带有可配置兴趣区域的运动唤醒（WoM）、触发模式、以及本质上的超低功耗等功能有助于最大化单次充电或电池更换的运行时间。这显著降低了智能锁系统的整体功耗，并降低了材料清单（BOM）成本。   RGB-IR变体便于生成1百万像素或2百万像素的IR图像，提供丰富的深度数据，是集成IR像素的智能锁的理想选择。将IR像素集成到图像传感器中有助于消除使用2D照片的欺骗企图。通过结构化光扫描物体，轮廓差异可以被识别以确定深度，从而构建3D地图，同时协助检测物体的活性。   这种图像传感器的另一个优势是在正常操作期间提供IR数据，可以用于校正IR溢出——这是智能锁面向户外环境时不可避免的现象。这确保了高保真图像和场景的真实再现。   onsemi的Hyperlux LP系列提供多种规格。AR0544是一款1/4.2英寸背照式（BSI）堆叠CMOS数字图像传感器，具有2592 x 1944的有效像素阵列。AR0830是一款1/2.9英寸BSI堆叠CMOS数字图像传感器，具有3840 x 2160的有效像素阵列。两款高级传感器都可以在线性或增强动态范围（eDR）模式下，通过卷帘快门读取拍摄图像。AR0544和AR0830的架构和设计旨在提供高质量性能，同时消耗最小的电力。在onsemi的1.4 µm BSI像素技术的支持下，提供了在低光和近红外（NIR）波长下的优秀性能，提供了一个强大的边缘数据采集设备，通过各种选项进行编程，以低功耗提供最佳带宽。   AR0544和AR0830在业内同类产品中具有最低的功耗，在850nm和940nm波长下增强的NIR响应，以及运动唤醒（WoM）功能。它们支持多种子采样模式，包括合并、求和、跳过和窗口，并提供全局复位释放（GRR）、触发和上下文切换等多种功能模式。它们还具有增强的动态范围（eDR）和行交错HDR（LI-HDR）模式。

全面的下一代智能锁参考设计

为了实现下一代智能锁，onsemi与SoC/FPGA OEM合作伙伴进行了合作。在此次合作中，onsemi联合AMD和MakarenaLabs推出了一款混合2D/3D智能锁参考设计，采用了onsemi的AR0830图像传感器。这款RGB-IR图像传感器能够捕捉2D和3D数据，并将其输入到处理和机器学习引擎，以实现人脸检测和识别。   2D数据被输入到AI模型中，以分析是否存在人脸，并验证该人是否为授权用户。3D图像则是判断摄像机前是否为真实人的关键，帮助防止利用2D图像欺骗。来自AR0830的IR 3D数据和VCSEL投影器被用来构建真实人脸的点云，辅助3D人脸重建。只有当2D和3D信息都成功验证后，门才会解锁。   此参考设计为智能锁提供了一条快速开发路径，在投入资源进行生产之前即可进行开发。onsemi的图像传感器可以轻松集成到设计这些智能锁所需的硬件和软件中。智能锁正在演变成家庭和商业智能生态系统的核心组件，将安全、技术和用户体验融入智能解决方案中。   随着生物识别认证变得更加准确和易于使用，智能锁作为下一代安全基础设施的采用率正在提高。图像传感器在捕捉AI驱动的人脸和行为检测与识别所需的数据中起到关键作用。锁具提供商现在可以专注于利用图像传感器、SoC/FPGA和AI/ML模型的能力，通过将智能注入他们的解决方案来实现应用差异化。   智能锁设计参考中的机器学习解决方案结合了2D和3D信息处理，以识别试图进入受限区域的特定个体。系统基于机器学习引擎，使用AI模型从2D和3D采集数据中提取特征。2D和3D分支各自拥有专用的AI模型用于特征提取。提取的信息被融合以计算授权流程。   2D分支以串级结构运行两个不同的AI模型：首先是人脸检测，接着是人脸识别。人脸检测模型分析来自视频源的图像，并提取出任何存在人脸的边框。这些边框是包含人脸区域的原始图像的裁剪版本。人脸识别模型将这裁剪后的人脸图像作为输入，并返回一个面部描述符作为输出。它判断智能锁前的人是否与数据库中存储的授权用户匹配。   3D分支旨在防止对2D系统的欺骗。其功能是确定智能锁前的人的3D映射是否对应于真实的人脸。这可以拒绝使用图像、照片或其他可能欺骗2D系统的方法。通过使用onsemi AR0830CS传感器的IR数据和点投影器（ams OSRAM BELAGO1.1 VCSEL点投影器）构建真实人脸的点云，实现红外3D人脸重建。   SmartLock解决方案的硬件利用了AMD Kria™ KV260开发板，设计用于高级视觉应用开发，无需深入的硬件设计专业知识。它与基于onsemi解决方案的RGB-IR相机和ams OSRAM VCSEL点投影器配对使用。该点投影器是VCSEL（垂直腔面发射激光器）投影器，对于支持真实人脸重建至关重要。其他配件包括MicroSD卡、MicroSD转USB适配器、Full HD HDMI显示器和电缆，以及键盘和鼠标套装。

结论

研究下一代智能锁的发展趋势，视觉智能与多层次安全机制的结合已成为提升整体保护能力和用户体验的关键。通过图像传感、边缘AI识别和安全算法的深度集成，智能锁已经从被动的开关设备发展成为具备主动感知、实时判断和风险预警的智能安全节点。展望未来，随着低功耗设计、隐私保护机制和系统互联的持续优化，onsemi的智能锁解决方案将在住宅、商业和公共空间中发挥越来越重要的作用，提供新一代的出入口控制解决方案，为智能环境实现安全、可靠与智能管理的平衡。