Datenschutzgerecht überwachen mit Lidar

Bild 1: Die aus den Laserimpulsen des Lidar-Systems erstellten Punktwolken bilden Personen aus realen Szenarien datenschutzkonform ab

Datenschutzdebatten und -skandale sind für Unternehmen weltweit ein Thema. Viele Verbraucher sind nicht nur besorgt darüber, wie ihre Aktivitäten im Internet verfolgt werden, sie fragen sich auch, wie in der Offline-Welt Daten über sie gesammelt werden – Stichwort Videoüberwachung. Eine Möglichkeit, wie Sicherheitssysteme Bedrohungen wie das Betreten eines Sicherheitsbereichs datenschutzkonform
erkennen können, bieten Lidar-Lösungen.

Videoüberwachung mit einer Analyse der Kamerabilder kann datenschutzrechtlich schnell heikel werden. Ein Beispiel ist die Gesichtserkennung, die auf Basis von künstlicher Intelligenz Gesichter mit verschiedenen Datenbanken abgleicht und identifiziert. Neben Datenschutzbedenken spielen hier auch die Fehlerraten eine Rolle, da z. B. dunkelhäutige Menschen seltener korrekt zugeordnet werden. Obwohl die meisten Verbraucher mit bestimmten Anwendungsmöglichkeiten der Gesichtserkennungstechnologie einverstanden sind – um ihr Smartphone freizuschalten oder ihre Freunde in Fotoalben zu markieren – sorgen sich doch viele, inwieweit sie auch zu Überwachungszwecken eingesetzt werden könnte.

Vergangenes Jahr verbot der Stadtrat von San Francisco den Einsatz von Gesichtserkennungstechnologie durch städtische Behörden, da die Technologie die Privatsphäre der Menschen verletze. Seitdem sind weitere Großstädte diesem Beschluss gefolgt, darunter Oakland und Boston. Auch in Betrieben, die ihre Sicherheitssysteme aufrüsten wollen, werden Datenschutzbedenken voraussichtlich zunehmend eine Schlüsselrolle bei Kaufentscheidungen spielen.

Laserimpulse für den Sicherheitsbereich

Bild 2: Bewegungen und Laufwege von
Menschen lassen sich in der Lidar-Punktwolke genau nachvollziehen

Welche Möglichkeiten haben also Unternehmen, wenn sie Mensch und Vermögenswerte schützen und gleichzeitig den bestmöglichen Datenschutz gewährleisten wollen? Eine mögliche Antwort auf diese Frage lautet: den Einsatz von Lidar. Während Lidar hauptsächlich als Sensortechnologie für Fahrassistenzsysteme und autonomes Fahren bekannt ist, eröffnen sich darüber hinaus weitere Anwendungsmöglichkeiten: Es kann beispielsweise für Sicherheits- und- IoT-Anwendungen oder Smart City-Projekte eingesetzt werden.

Ein Lidar-Sensor arbeitet mit unsichtbaren und für das menschliche Auge unbedenklichen Laserimpulsen, um die Entfernung zwischen dem Emitter und umliegenden Objekten zu berechnen. Dadurch entsteht eine dreidimensionale Darstellung von Personen und Objekten, eine sogenannte Punktwolke (Bild 1). Fahrzeuge können mithilfe dieser Daten in Form der 3D-Punktwolke sehr genau navigieren, da sie erkennen, welche Hindernisse sich in ihrem Weg befinden. Für Sicherheitsanwendungen kann die Lidar-Technologie so programmiert werden, dass sie Bedrohungen erkennt und identifiziert – wenn sich z. B. eine Person oder ein Fahrzeug einer festgelegten Sicherheitszone nähert – und automatisch entsprechende Eskalationsverfahren auslöst.

Mit seiner hochauflösenden 3D-Bildgebung hat Lidar eine Reihe von Vorteilen gegenüber traditionellen Sicherheitslösungen und modernen Gesichtserkennungssystemen. Das wichtigste Unterscheidungsmerkmal ist, dass Lidar eine zuverlässige Überwachung ermöglicht und gleichzeitig die Privatsphäre der Menschen schützt. Dank der Fähigkeit, Objekte zu erkennen, zu verfolgen (Bild 2) und zu klassifizieren, können Lidar-Systeme so konfiguriert werden, dass sie nur potenzielle Bedrohungen melden. Dabei wahrt eine Lidar-Lösung die Anonymität von Personen oder Objekten. Obwohl Lidar keine Gesichtszüge abbildet, liefern die hochauflösenden 3D-Bilddaten wertvolle Informationen über die Position, Geschwindigkeit und Größe eines Objekts. Verglichen mit biometrischen Sicherheitssystemen, die die Daten aller Personen erfassen und speichern – unabhängig davon, ob sie in einen Sicherheitsvorfall involviert sind – bietet Lidar die Chance einer anonymisierten Überwachung.

Lidar vs. etablierte Sicherheitssysteme

Zu den derzeit am häufigsten eingesetzten Technologien im Sicherheitsbereich zählen Radar, Videokameras (einschließlich Wärmebildkameras) und Mikrowellensensoren. Auch wenn diese Technologien unbestrittene Vorteile haben, gibt es auch Defizite:

  • Geringe Genauigkeit: Die Auflösung von Radar ist zum Beispiel nicht hoch genug, um potenzielle Bedrohungen exakt zu erkennen. Eine geringe Genauigkeit kann zu vermehrten falsch positiven Alarmen führen – entsprechend müssten Unternehmen mehr Personal für die Überprüfung der Alarme aufwenden. Das erhöht die Kosten des Sicherheitssystems.
  • Eingeschränkte Betriebsmöglichkeiten: Die meisten Kameras benötigen gute Lichtverhältnisse, um verwertbares Bildmaterial zu liefern. Außerdem lassen sich Kameras bei direkter Sonneneinstrahlung leicht blenden. Das Gleiche gilt für andere Lichtquellen, wie Taschenlampen oder Autoscheinwerfer. Zwar ist der unmittelbare Bereich, in dem sich die Sonnenscheibe befindet, auch ein blinder Fleck für das Lidar. Alles außerhalb davon kann es jedoch auch bei stärkstem Gegenlicht »sehen«, womit Kameras große Probleme haben, die auf die Sonne gerichtet sind. Wärmebildkameras hingegen können zwar im Dunkeln sehen, stehen aber dann vor einer Herausforderung, wenn die Wärmesignatur des Zielobjekts mit der Umgebungstemperatur übereinstimmt. Mikrowellensensoren werden durch Feuchtigkeit beeinträchtigt, sodass Sicherheitssysteme, die diese Technologie verwenden, bei schlechtem Wetter, heißem Klima oder in der Nacht ungenauer funktionieren.
  • 2D-Bildgebung: Während das menschliche Auge ein Objekt in 3D identifizieren kann, stellt diese Fähigkeit für eine typische Software zur Analyse von Überwachungsvideos immer noch eine Herausforderung dar. Ohne Referenzpunkte kann selbst das menschliche Auge die Größe eines Objekts nicht genau bestimmen. Andere 3D-Informationen, die für Sicherheitsanwendungen entscheidend sind, wie z.B. die Position und Geschwindigkeit eines Objekts, lassen sich mit Hilfe der 2D-Bildgebung ebenfalls nur schwer ermitteln.
  • Interferenzen: Elektromagnetische Interferenzen sind ein häufiges Problem für Technologien wie Radar- und Mikrowellensensoren, wodurch sie für kritische Infra­strukturen mit viel Stahlbau nicht eingesetzt werden können.
    Datenspeicherung und -übertragung: Der Datenverbrauch von kamerabasierten Systemen ist sehr hoch, was das Speichern, Übertragen und Verarbeiten der Daten in Echtzeit erschwert.

In diesen kniffligen Situationen kann Lidar bestehende Systeme ergänzen, da die Technologie hochauflösende, anonymisierte 3D-Bild-Metadaten liefert – bei einem deutlich geringeren Datenverbrauch als beispielsweise bei Videokameras. Es ist zudem in einer Vielzahl von Umgebungen einsetzbar, auch bei schwierigen Lichtverhältnissen oder bei elektromagnetischen Interferenzen, und ermöglicht so eine echte 24/7-Überwachung.

Vorteile der Lidar-Technik

Mit Hilfe von intelligenten Lidar-Lösungen sind Sicherheitssysteme in der Lage, viele verschiedene Arten von Bedrohungen automatisch zu erkennen, z. B. wenn ein Sicherheitsbereich verletzt wurde oder wenn eine nicht autorisierte Person eine gesperrte Zone betritt. Sie können darüber hinaus Objekte, wie Personen oder Fahrzeuge, leicht klassifizieren.

Mit Lidar und einer entsprechenden Erkennungssoftware können Anbieter von Sicherheitssystemen daher Bedrohungen sofort erkennen und angemessen auf Situationen reagieren. Darüber hinaus sinkt die Zahl der Fehlalarme mit dieser Technik drastisch und erlaubt es Sicherheitsteams, ihre Ressourcen effizienter zu nutzen.

Lidar erzeugt hochauflösende 3D-Punktwolkendaten, die eine sehr detaillierte Abbildung eines Gebiets liefern. Diese Daten können mit Informationen aus anderen Datenquellen ergänzt werden – etwa durch eine eingeblendete Gebäudekarte oder geografische Daten, die es erlauben, jemanden in einer Umgebung im Freien zu lokalisieren (beispielsweise durch die Zusammenführung von Google Earth-Daten mit Lidar-Daten) – für einen noch detaillierteren Scan einer Umgebung. Zudem arbeitet die Technik zuverlässig bei Tag und bei Nacht und erlaubt so eine zuverlässige Überwachung rund um die Uhr.

Manipulationen vorbeugen

Ein weiterer Vorteil ist, dass ein Lidarsensor nicht durch Methoden manipuliert werden kann, die visuelle Systeme täuschen würden. Während jemand mit einem speziellen Gerät und spezieller Kleidung Wärmekameras austricksen könnte, ist es viel schwieriger, Lidar-Sensoren zu umgehen. Bei Radar- und anderen Mikrowellen-Sensortechnologien sind z. B. auch Interferenzen mit Metall möglich, was bei Lidar nicht der Fall ist, sodass die Lösung auch in Umgebungen mit viel Stahlbau problemlos funktioniert.

Verglichen mit früheren Systemen ist die Lidar-Technologie mittlerweile wesentlich erschwinglicher. Die Gesamtkosten eines Lidar-Überwachungssystems sind im Vergleich zu anderen Sicherheitslösungen durchaus wettbewerbsfähig, wenn man die Anzahl der notwendigen Geräte sowie die innovative Bildgebung und hohe Reichweite eines Lidar-Sensors berücksichtigt. Cepton entwickelt beispielsweise hochauflösende Lidar-Systeme mit einem langlebigen und widerstandsfähigen Design, das die Wartungs- und Austauschkosten niedrig hält. Durch den Einsatz von Lidar im großen Maßstab für autonome Autos und andere intelligente Anwendungen werden die Kosten zukünftig noch weiter sinken. Folglich werden wir in den nächsten fünf Jahren einen raschen Anstieg der Nutzung von Lidar für Sicherheitssysteme und weitere Anwendungsszenarien erleben.

Installation von Lidar-Systemen

Bild 3: Elektromagnetische Interferenzen und Umgebungen mit viel Stahlbau beeinflussen
Lidar-Messungen nicht

Die Lidar-Technologie hilft, die Schwachstellen anderer Sicherheitslösungen auszugleichen und kann problemlos in Systeme, die Kameras, Radar und andere Arten von Sensoren verwenden, integriert werden. Auch mit Edge-Computing-Geräten lassen sich Lidar-Systeme kombinieren, sodass sie aufgrund der lokalen Datenverarbeitung weniger Rechenleistung als herkömmliche Sicherheitslösungen benötigen. Die Informationsverarbeitung mithilfe von Edge-Computing trägt darüber hinaus zu einer schnelleren Analyse bei.

Wenn z. B. ein Eindringling einen gesicherten Bereich betritt, ist es entscheidend, dass Sicherheitssysteme die Bedrohung sofort erkennen. Nur so sind Unternehmen in der Lage, auf eine Situation entsprechend zu reagieren, bevor sie zur Gefahr wird. Da Lidar weitaus weniger Speicherplatz und Bandbreite beansprucht als Kamerasysteme, ist es möglich, Lidar auch für mobilere Anwendungen einzusetzen, etwa durch den Einsatz von Sensoren entlang eines weit entfernten Grundstücks.

Ein weiterer Faktor bei der Bewertung von Sicherheitslösungen ist die einfache Handhabung: Unternehmen werden sich nach Lidar-Systemen umsehen, die einfach einzurichten sind, sodass ihr Sicherheitssystem unmittelbar nach der Lieferung einsatzbereit ist.

Anwendungsmöglichkeiten für Lidar

Da Lidar-Systeme eine hochauflösende 3D-Wahrnehmung bieten, eignen sie sich für den Einsatz in Flughäfen, Regierungseinrichtungen, Häfen, Schulen, Ladengeschäften, Tourismus- und Freizeitanlagen sowie Verkehrsinfrastrukturen. Da sie sich zudem auch mit Kameras, Radar und anderen Arten von Sensoren kombinieren lassen, unterstützt die Technik darüber hinaus eine breite Palette von Sicherheitsanwendungen.

In Bereichen mit erhöhtem Sicherheitsrisiko – wie auf Parkplätzen – kann Lidar helfen, Grundstücke und Gebäude auch mit begrenzten Ressourcen an Sicherheitspersonal zu schützen. Kritische Infrastrukturen und Einrichtungen können ebenfalls von der Technik profitieren (Bild 3), selbst auf großen Flächen, wo eine große Anzahl von Sicherheitssystemen nötig ist. In überfüllten Stadien, Vergnügungsparks und Arenen bietet Lidar die Möglichkeit, Menschenströme zu überwachen.

In Flughäfen oder Bahnhöfen, wo Sicherheitssysteme verdächtige Vorfälle, wie ein unbeaufsichtigtes Gepäckstück, erkennen müssen, ist Lidar ebenfalls von Nutzen. Gleiches gilt für Häfen, wo beschädigte Container und ungewöhnliche Aktivitäten gemeldet werden sollen. In Einzelhandelsgeschäften hilft Lidar, Kundenströme und -interaktionen sichtbar zu machen. Ein vielleicht weniger bekannter Anwendungsfall ist die »Mann über Bord«-Situation: Installiert man Lidar-Sensoren an der Reling eines Schiffes, sendet das System eine sofortige Benachrichtigung an die Besatzung, wenn jemand von Deck stürzt.

Fazit

Lidar bedeutet eine wegweisende Veränderung für die Sicherheitsbranche. Zum einen können Unternehmen Bedrohungen in Echtzeit verfolgen und Sicherheitsvorfälle mit hoher Präzision erfassen. Gleichzeitig schützt Lidar die Privatsphäre der breiten Öffentlichkeit, sodass Personen, die nicht in Sicherheitsvorfälle verwickelt sind, anonym bleiben können. So kann Lidar dazu beitragen, das Versprechen von intelligenteren und besser vernetzten Städten einzulösen, die auch die Privatsphäre der Menschen respektieren.

Autor

Klaus Wagner, Direktor für Produktmanage­ment und Marketing, Cepton Technologies, München

 

Quelle und Bildquelle: www.elektro.net