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国外安全技术最新发展概览
2014/8/12 14:26:00      来源:《中国安防》    作者:钟鑫
    本文综合国际互联网资料,归纳总结了国外物联网监视、智能视频监控、语音识别、纳米监视、追踪定位、隔墙看等安全技术,以及通信、电池、隐身衣、微型无人机、传感器等安全相关技术的最新发展动向。
 
  【关键词】安全技术发展动向未来趋势
  引言
  伴随着科技的进步,国外安全技术新成果不断涌现,物联网监视、智能视频监控、语音识别、纳米监视、追踪定位、隔墙看等安全技术以及通信、电池、隐身衣、微型无人机、传感器等安全相关技术等都得到较快发展。

  一、物联网监视技术渐入佳境
  随着物联网技术的不断发展,智能家电可以通过远程控制进行遥控,从而使生活更加方便,但也很可能使私密空间暴露在监听之下。美国中央情报局前局长彼得雷乌斯指出,随着智能家居概念的普及和智能电器的不断推广,很多家用电器,如冰箱、微波炉和照明系统等,都可以通过遥控程序和芯片来控制,这样一来,情报人员可以通过“阅读”这些设备来监视某些人在家里的所作所为,以此来识别潜在的恐怖分子,从而预防恐怖犯罪行为的发生。与此同时,美国国家安全局已暗中为这种新的监听方法做好硬件准备,目前其正耗资20亿美元在犹他州兴建大型超级计算机基地,可以为情报机构处理海量的数据资料提供方便。另外,全球最大芯片制造商ARM最新研发出了专供智能电器使用的处理器,这些新的处理器较以往的更小巧、更省电、更便宜,使智能家电成为事实上的“窃听装置”。据悉,2011年有超过150亿个装置连入互联网,建立了超过500亿个物物连接,而到2020年,将有超过300亿个联网装置。2013年,大型IT厂商,比如思科和Salesforce开始推出他们首个物联网产品,2014年将会有更多的大型厂商和初创企业推出向市场推出类似产品,到2020年,物联网市场规模将达到8.9万亿美元。

  二、智能视频监控技术日益成熟
  1.美国利用人脸识别技术识别波士顿爆炸案嫌疑犯
  美国密歇根州立大学的研究人员利用生物特征识别技术,迅速从警方提供的视频中识别出波士顿爆炸案的嫌疑犯,证明了这类技术的价值。密歇根州立大学著名的计算机科学与工程专业教授阿尼尔?杰恩和乔希?克朗茨在模式识别和图像处理实验室测验了3种不同的人脸识别系统。通过警方提供的爆炸现场视频,他们发现3个系统中有1个可以100%地识别出犯罪嫌疑人,而在人脸面向摄像机且光照充足的可控情况下,这个系统的准确率高达99%。此外,杰恩和他的团队还研发了一项把面部相片与法院的脸部素描相匹配的技术,并提出了一种通过纹身来帮助警方指认罪犯的方法。
  2.美国FBI研发面部识别技术数据库
  美国FBI宣布已投资10亿美元成功研发出了面部识别技术数据库。该数据库将和现有指纹数据库进行对接,能够快速地找到犯罪分子。这项研发计划名为“下一代识别系统”,目前已在美国多个州获得批准,预计到2014年在全美普及。FBI希望此计划可以为执法人员提供照片来识别罪犯。这也意味着未来办案人员可以把公共摄像头捕捉到的照片和FBI数据库中的罪犯图片进行比对,或者是通过对比嫌疑人图像和FBI公共图片库的照片来寻找线索。美国卡内基?梅隆大学的项目主管亚历桑德罗?阿奎斯特表示,FBI研发的这套面部识别系统是其传统的自动指纹识别系统的延伸,还结合了红外线扫描、语音识别和DNA分析等系统。
  3.美国军方研究人工智能预测系统以发现可疑行为
  在一项由美国陆军研究实验室资助的研究项目中,卡耐基?梅隆大学的研究人员研制了一套人工智能预测系统,该系统能识别“走”、“跑”、“携带”、“捡起”、“拖拽”、“跟随”和“追”等人类基本动作,结合背景信息分析当事人的动作是否构成安全威胁,继而通报安全检查人员。例如,一个人如果拖拽一个沉重包裹,弃置数分钟,系统将报警。这项研究介绍了一种高级人工视觉智能系统的复杂知识架构即所谓的认知引擎,认知引擎是卡耐基?梅隆大学“心灵之眼”研究体系中扩展行为推理系统的核心模块。“心灵之眼”是美国国防部高级研究计划局的一个项目,其目标是建立一套人工智能系统,为远端操作人员筛选监视画面,当某些可疑行为(比如某人在停车场丢弃包裹后逃离)发生时提醒操作人员。
  4.美国国防部将开发图像视频分析软件以获取情报
  美国国防部将开发一种能够从数字照片和视频中提取情报的软件,以快速鉴别存储在计算机和摄像机中的数字照片或图像中的基本信息,包括“谁、什么时候、在哪里和干什么”等。美国防部推出此项计划的目的是利用VMR(可视媒体推理)技术,帮助视频分析人员发现并提醒他们需要特别关注的一些场景。这项技术的最大特点是能够从模糊、嘈杂和位置不清的图像中发现相关信息,即使这些信息与原数据几乎没有联系,并且来自不熟悉的出处和不知名的环境。除VMR外,目前还有一个正在研发中的技术,称作视频和图像检索与分析工具(VIRAT),它是从安装在军事车辆上的各种传感器捕获的图像中发现活动信息,特别是识别在一个较小的地理区域内的单独行动。与VMR项目一样,VIRAT计划也是为了帮助分析人员更好地从视频中提取情报。
  5.美国启动“杰纳斯”计划以提高人脸识别技术性能
  美国情报高级研究计划局(IARPA)的研究人员正在启动一项名为“杰纳斯”的计划,旨在向工业界寻求开发先进的面部识别技术,不仅可以使用不完整、错误、模糊的图像数据对人脸进行识别,更可以对人的年龄、姿态、服饰和表达方式加以分析。据悉,“杰纳斯”计划中的核心技术可以通过将多种不同视角拍摄的大量静止图像和视频图像进行信息融合,显著提高当前面部识别工具的性能。“杰纳斯”计划旨在通过融合多种空间、时间及图像间的关联信息,显著提高面部识别工具的性能,这些信息来自于各种安全摄像机、手机摄像机、新闻视频和其他的“户外媒体”。IARPA专家表示,该计划融合了模式识别和人工智能、计算机视觉和图像处理以及计算机图形和动画、数理统计和建模、数据可视化和分析等多项技术。

  三、语音识别技术发展迅速
  1.俄罗斯SpeechPro公司开发出新的程序
  俄罗斯SpeechPro公司开发了一个名为VoiceGridNation的程序,利用其进行语音识别时不需要任何特殊设备,只需要随身携带的话筒即可完成任务。该程序利用一种特殊算法将语音样本与从各种渠道,包括手机、陆上通信线路和录音采访中收集的录音记录相比对,在5秒钟内就能搜寻并比对1万条语音样本,只需3秒种就能完成语音分析。该程序可同时执行多达100个搜索进程,存储多达200万个语音样本,识别成功率达到90%。但采集语音样本的过程必须在没有回声的地方进行,而且环境噪声中不要有荧光灯照明。
  2.美国PindropSecurity公司开发出声纹识别技术
  该公司的研究人员开发出一种声纹识别技术,可判断来电者“在何处用何种设备拨打电话”。公司首席科学家、乔治亚理工学院教授艾哈迈德表示,不管是新兴的网络电话,还是传统的蜂窝手机、固网线路,电话信号往往都会留下可追溯的线索——线路噪音,即声纹。不同国家和地区一般有不同的声音指纹,例如西欧电话基础设施所产生的线路噪音与非洲的明显不同,此外,全球各大通信运营商的电信基础设施也会产生其独特的线路噪音。基于这些声音指纹的差别及其难以被复制、伪造的特征,人们在理论上可以从接收端判别出电话拨打者的所在地以及所使用的通信设施。这项新技术能独立工作于通信会话进程中,电话接收者只需接收一次来电就能以90%的精确度辨识出前面提到的来电者信息;而在接收五次相同来电之后,识别精确度甚至能达到100%。
  3.美国德克萨斯大学研制出新型的语音识别系统
  研究小组通过对早期研究成果的完善,发明了一种高效语音识别算法。该算法可以更有效地把声波波形转换到计算机中进行模式分析和处理,并在语音识别过程中尽量消除静音和背景噪音,以便让计算机能更有效地对重要语音进行分析处理,从而显现出发音者的声音特质。该系统能够提升变化条件下的语音探测能力,能辨识出通常条件下难以辨识的话音,比如:悄悄话、随情绪变化的声音、带浓重鼻音的谈话等,可应用于银行语音签名、语音门禁、语音登录计算机以及网上购物语音验证等各类说话人(语音)识别场景。研究小组所采用的算法和建模技术被专业人士给予高度评价,赢得了由美国联邦政府和IEEE共同举办的国际比赛大奖。

  四、纳米监视技术取得突破
  1.俄罗斯研制出微型蜜蜂摄像机
  该产品因具有昆虫智力,能选择更合适的视频监控位置,可在目标附近飞行,占据观测点。蜜蜂摄像机无需供电,其能量来自内置在翅膀中的太阳能电池,并能转换雪、雨、风的动能,此外,还开发出复眼功能,可使操作员观察360度画面。
  2.美国测试间谍甲虫
  国防部高级研究计划局成功在甲虫体内嵌入特殊电子装置,从而能自由操纵甲虫,使之成为新一代间谍。加州大学伯克利分校动物生物智能系统实验室对这种“间谍昆虫”进行了成功的测试。嵌入甲虫体内的电子设备主要包括能够刺激昆虫肌肉和神经的刺激器、微型电池和具有收发信息功能的微型遥控器。在测试中,科研人员对3种来自喀麦隆的大型甲虫进行了测试,它们最小的长约2厘米,最大的约20厘米长,部分甲虫实验获得成功。
  3.美国开发出机器苍蝇
  哈佛大学的研究团队称,受益于在材料和加工技术的突破,他们开发出了能够像真苍蝇一样飞行的机器苍蝇。机器苍蝇主体用碳纤维制成,体重只有80毫克,翼展3厘米。飞行时,它每秒振翅120次,频率几乎接近真苍蝇,快得肉眼根本无法看清,它还能在空中盘旋并沿着预先设好的路线加速飞行。在实验室飞行测试中,机器苍蝇展示了稳定、可控的飞行性能。
  4.英国正在研制微型昆虫飞行器
  牛津大学开发的这种飞行器在设计上立基于昆虫,采用富有革新性的扑翼和微型摄像头。这项研究的基本目的是了解自然选择如何影响昆虫翅膀的设计,了解空气动力学和其他物理限制条件对这些设计的影响。这项工作的关键是计算昆虫翅膀周围的气流速度,可通过将昆虫放入风洞进行研究加以实现。

  五、追踪定位技术稳步推进
  1.德国利用手机数字指纹追踪定位罪犯
  犯罪分子通过利用修改手机内置设备识别码或更换SIM卡等方式,以逃避追踪和抓捕,这样就使得执法机关无法完全依赖手机信号对罪犯进行追踪和定位。德国工程师研究发现,手机内的任何一个单独组件都有一定程度的误差,手机内的无线电硬件由功率放大器、振荡器、信号混合器等组件构成,这些组件都能产生不精确的无线电信号,即数字指纹。即使内置的设备标识码被修改或SIM卡被更换,其数字指纹也不会被改变。因此,无论罪犯对其手机做什么,比如替换手机内部各个组件,手机仍会继续发出独特的信号,这些信号经专有设备读取并进行分析,便能将罪犯手机与其他手机区分。
  2.美国推出新型电子定位器
  只要把电子定位器Trakdot放入行李箱中,它就能随时告知用户其行李箱的具体位置。这款产品使用的移动蜂窝技术利用信号发射塔传递信息,这意味着它在室内也能很好地接收信号。与利用卫星定位、无法在室内使用的GPS相比,这款产品在追踪行李方位方面更具优势,它几乎适用于除了金属之外任何材质的行李箱。
  3.美军研制微型芯片,无需卫星便可追踪
  这种尺寸不及1美分的微型芯片,无需昂贵的卫星网络便可进行追踪,能够借助电脑软件准确锁定方位。这种微芯片体积只有10立方毫米,尺寸还不及1美分硬币背面的林肯纪念堂,它装有3个陀螺仪和3个加速计,每一个对应一个方向轴,同时还装有1个高精确度主时钟。可用于私人追踪装置、便携式导航设备、小直径射弹以及小型航空平台。该技术一旦研制成功,将会使惯性导航达到前所未有的精度。
  4.日本厘米级定位系统将在2018年投入使用
  日本宇宙航空研究开发机构联合三菱电机、日本电气开发了全球最高精度的卫星定位技术,计划在2018年投入使用。该技术的定位误差为全球卫星定位系统(GPS)的千分之一,仅为1厘米。
  5.西班牙开发出高精度汽车导航系统
  西班牙马德里卡洛斯三世大学的研究人员开发出一款汽车GPS导航系统,这款导航系统比普通的GPS在对车辆定位性能方面高出90%,并且成本低廉,可安装在任何车辆中。该新型导航系统能够在城市交通情况下将汽车导航位置精确到1~2米。

  六、隔墙看技术取得重大进展
  1.美国开发出利用类似X射线隔墙看人的穿墙雷达
  麻省理工学院发明了能够利用Wi-Fi信号穿墙扫描的低功耗便携设备,该设备被称作“未来体感器(Kinect)”,也称“Wi-Vi”。该设备的技术原理基于电磁波,类似雷纳或声纳,可以跟踪密闭房间或墙后的人的活动情况,但目前尚不能显示人体或者面部细节。
  2.美国研制机械战警头盔能红外透视墙壁
  美国一家公司最新设计的“Golden–i”头盔系统可以赋予警察“机械战警”般的超级能力,透视墙壁鉴别犯罪嫌疑人身份,能将拍摄的视频信息与其他使用头盔的警务人员共享观看视频记录,使用面部识别技术鉴定嫌疑人身份,接收来自移动传感器的报警信息,即时扫描汽车牌照,监控基本生命体征,调用楼层布局图和GPS定位。
  3.英国国防部资助研究Wi-Fi穿墙雷达
  该雷达体积小巧,能透过1英尺厚的墙壁,看到墙那边人的位置、移动速度和动向,甚至根据细微的呼吸探测到静止不动的人。另外,英国剑桥顾问公司设计制造的“Prism200”穿墙雷达,能穿透大约40厘米厚的门、砖墙、石板以及混凝土墙体,探测范围可延伸至15米。
  4.俄罗斯新型雷达可隔墙透视
  俄罗斯中央化学和力学研究所研制出一款可透过墙壁发现人和动物的便携式微波全息雷达,其工作原理是借助频率在1000~4000兆赫之间的超短波无线电脉冲穿透任何材料,同时接收反射信号,可探测到6.5米距离内的物体移动。整套装置总重4.5公斤,体积小巧,可由单兵携带。

  七、其他相关技术进展迅猛
  1.通信技术
  美国研发无需电池供能的无线电通信系统
  这种名为“环境背反射的无线通信系统不需要电池提供能量,通过现有的电视或者手机的无线电信号就能够实现信息交换。
  德国无线数据传输领域研究创世界新纪录
  弗劳恩霍夫研究院和卡尔斯鲁厄理工学院共同完成了使用240GHz频段进行无线传输的技术,能够在超过1公里的通信距离内实现100Gbps无线传输速率,可在两秒钟之内传输一部蓝光光盘或者五部DVD光盘。
  欧美提升无线网络的速度
  来自麻省理工学院、哈佛以及欧洲大学的研究人员组成的科研小组设计出一种方法,可以在不增大发射功率、不增加基站、也不需要额外无线频谱的情况下将无线网络的速度提升10倍。在测试中,麻省理工校园无线网的传输速度从原本的1Mbps大幅提升到了16Mbps。
  2.电池技术
  法国准备量产低成本透明薄膜
  该薄膜可收集太阳能为手机及其他移动设备充电,延长电池使用时间约20%。这种薄膜的厚度约为300微米,可以安装在触摸屏的上表面或下表面,将电子产品的透明外壳变成太阳能电池。产品有望在2014年进入市场。
  美国提高锂离子电池存储能量
  伊利诺伊大学香槟分校开发出一种自组装电极结构,可使锂离子电池能够存储和超级电容器一样甚至更多的能量,输出能量达到7.4mW/平方厘米/微米,是其他微型电池的2000倍。
  美国提升光电转换效率
  波音公司所属光谱实验室创造了一项新世界记录——研制出光电转换效率达到38.8%的太阳能电池,此转换效率超出其他非聚日光型陆基太阳能电池。
  美国利用翅膀拍打为昆虫微型摄像头供能
  这些微型装置利用昆虫翅膀拍打发电提供能量,也就是将动能转化成电能。研究小组已经为一只鳃角金龟安装微型动能发电机,利用翅膀的拍打发电。
  日本开发出“纸质”太阳能电池
  日本研究小组以木浆中的植物纤维为原料,通过压缩加工,成功研发出厚度仅有15纳米的透明材料,并以此为基板,嵌入光电转换有机材料和配线,从而制成一种新型“纸质”太阳能电池。
  3.隐身衣技术
  美国利用鱿鱼蛋白质研制隐形薄膜材料
  加利福尼亚州大学研究人员利用鱿鱼身体一种独特蛋白质,研制一种隐形薄膜材料,可在红外光线下实现隐形效果。这种薄膜的关键成分是叫做reflectin的一种蛋白质,能够响应化学物质刺激进行变色。
  美国使用传统透镜和镜面实现隐形
  美国科学家最新研究表明,一种隐形装置完全可以隐藏一个人,但仅能实现一个方向上的隐形。美国研究人员使用传统透镜和镜面,能够控制空间区域周围的光线,让指定区域实现隐形。
  美国开发微米厚的“隐形斗篷”
  德克萨斯大学奥斯汀分校的研究人员最近开发出只有微米厚的“隐形斗篷”,可以在自然环境下将三维物体隐藏于微波之中,从每个角度都无法看到。该斗篷的超薄层称为“元屏风”,其由66微米厚的铜带附着在一个100微米厚聚碳酸酯膜上,编制成斜纹网眼图案,是目前类似研究中最薄的。元屏风被套在长约18厘米的圆柱管上,再用微波照射圆柱管,由于避开了能量谱中的微波光线而达到“隐形”效果。
  4.微型无人机技术
  英国推出200克重的微型无人机
  BCBInternational公司和密德萨斯大学联合研制出一款名为“SQ-4Recon”的微型无人机。SQ-4Recon重7盎司(约合200克),宽9英寸(约合23厘米),关闭发动机后可以像鸟一样停靠在建筑的壁架上。
  以色列研制出超小型无人机
  该机由几个部件组成,在使用前几分钟内就能完成组装,而且可在任何地方发射,使用者可通过携带式控制棒对该机进行遥控。该无人机重量轻(仅7公斤)、体积小,机上配备有极先进的高精度摄像仪器。
  美国利用太阳能的无人机研制成功
  美国航空环境公司研制的这款重13磅的“美洲狮”AE无人机,只需几分钟便能组装好,用手即可发射,而且无需其他发射或着陆设施,依靠清洁能源——太阳能,可连续飞行9个小时。
  美国受水母运动启发设计飞行器
  纽约大学的研究人员受水母运动原理启发,设计出一台独特的飞行器。这台飞行器模型重量仅2.1克,有4个状如花瓣、薄如蝉翼的“翅膀”,闭合起来形成一个锥体,中心连接一台微型马达。如果继续加以研发和应用,这种飞行器有望成为新一代无人机。
  5.传感器技术
  荷兰研制出火柴棍大小的传感器
  Microflown科技声学公司研制一种火柴棍大小的传感器,能够探测并记录一定距离内人们的谈话内容。这种声学矢量传感器,可以测量被声波干扰的气流移动,立即探测到声音的起源位置,之后识别这些噪音,如果需要,将直接传输至听者的耳朵中。这种传感器包含两个平行铂条,每个铂条长度仅200纳米,可加热至200摄氏度。空气分子流经这些铂条将产生温差,Microflown软件计算通过铂条间隙的空气分子从而测量声音强度——声波中存在更多空气分子,并且声音更大。同时,分析铂条温度变化能够计算出空气移动和产生声音的具体坐标位置。美国堪萨斯大学经过设计改进,将Microflown传感器提升了28%的探测范围,可监听25米范围之内的情况。

编辑:侯雨婷
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