Come aggiungere velocemente la visione artificiale a un'applicazione con moduli telecamera facili da usare

La vista è di gran lunga il senso più importante. Di tutte le informazioni che utilizziamo per svolgere le nostre attività quotidiane, circa l'80% passa dai nostri occhi. I nostri input visivi sono elaborati in modo incredibilmente rapido: nel 2014, i neuroscienziati del Massachusetts Institute of Technology (MIT) hanno scoperto che il cervello può formare un'immagine completa di qualcosa che veda l'occhio umano in soli 13 millisecondi.

Data l'importanza della vista, non sorprende che molti desiderino aggiungere sensori visivi alle macchine. L'aggiunta della visione artificiale a un prodotto apre le porte a una serie di funzionalità che altrimenti sarebbero difficili o impossibili da implementare. Tra gli esempi rientrano le macchine ispettive delle linee di assemblaggio, in grado di individuare i difetti nelle fasi iniziali della produzione e i robot dei magazzini, in grado di controllare la data di scadenza dei prodotti.

La sfida principale è imitare la visione stereoscopica e ad alta definizione dei colori dell'occhio umano. Fortunatamente, per la maggior parte delle applicazioni industriali non sono necessarie prestazioni così elevate. Supponiamo, ad esempio, di voler usare una macchina per verificare un codice a barre. In tal caso, il sensore non ha bisogno di un numero elevato di pixel o di vedere i colori, la lente può essere semplice e non deve avere un campo visivo ampio o profondo, inoltre il sistema non deve elaborare le informazioni in modo particolarmente rapido. Ciò dà la possibilità di scegliere tra un'ampia gamma di sistemi di visione commerciali affidabili e poco costosi, adatti allo scopo.

È possibile integrare la vista umana scegliendo un sensore sensibile alle lunghezze d'onda elettromagnetiche al di sopra e al di sotto dello spettro visivo. Ad esempio, aggiungere la capacità di visione nel campo dell'infrarosso (IR) è relativamente semplice e consente a una macchina di vedere oltre le capacità dell'occhio umano.

Selezionare un sensore attivo è una cosa, ma un sistema di visione avrà bisogno di altro, tra cui una lente e un supporto, una connessione elettrica dal sensore al processore dell'applicazione, nonché l'elettronica e il software associati per far funzionare il tutto. Di conseguenza, può essere dispendioso in termini di tempo e denaro abbinare e testare diverse alternative di sensori e lenti, come un obiettivo ultra-grandangolare per l'acquisizione di scene ampie o un obiettivo polivalente per allestimenti più tradizionali.

Compatto e perfettamente formato

STMicroelectronics ha semplificato il processo di sviluppo con i promoduli per telecamera CAM-55G0/CAM-56G3/CAM-66GY. Questi promoduli, progettati esclusivamente per scopi di sviluppo, comprendono il sensore di immagine richiesto, il supporto per la lente, la lente stessa e la connessione con cavo flessibile piatto (FFC) plug-and-play (Figura 1). Una volta completato lo sviluppo, STMicroelectronics consiglia di collaborare con loro per trovare una soluzione commerciale.

Figura 1: I promoduli CAM-55G0/CAM-56G3/CAM-66GY comprendono una lente, un supporto, una scheda sensore e un cavo FFC. (Immagine per gentile concessione di STMicroelectronics)

I promoduli sono piccoli, con un ingombro di 5 o 6,5 mm². Si basano su un sensore per immagini compatto e a basso consumo che misura 2,73 x 2,16 mm (Figura 2). L'ingombro del sensore si adatta a dispositivi dalle dimensioni limitate, come occhiali per realtà aumentata/virtuale (AR/VR) o dispositivi elettronici personali, e funziona nello spettro visibile e vicino all'infrarosso, offrendo una risoluzione di 644 x 604 pixel (0,38 megapixel).

Figura 2: Il sensore ottico dei promoduli misura solo 2,73 x 2,16 mm. (Immagine per gentile concessione di STMicroelectronics)

I promoduli utilizzano MIPI Camera Serial Interface 2 (CSI-2), un protocollo ad alta velocità ampiamente adottato per la trasmissione di immagini fisse e video dai sensori ai processori applicativi. I sensori sono inoltre dotati di calibrazione automatica del buio, correzione dei pixel difettosi e guadagni analogici e digitali.

Visione artificiale attraverso una lente diversa

STMicroelectronics ha reso semplice la sperimentazione di diverse opzioni di visione artificiale. Sono disponibili diversi progetti di riferimento promozionali, dotati di lenti e configurazioni ottiche diverse. Sono dotati di una lente a fuoco, incollati e testati in una camera bianca e sono dotati dello stesso connettore FPC (circuito stampato flessibile) e del medesimo connettore circuito stampato flessibile-scheda. Ciò consente una rapida configurazione plug-and-play di un promodulo con una lente diversa utilizzando gli stessi strumenti di sviluppo e parametri ottici.

Esistono due scelte per il lavoro di sviluppo. Si può usare il kit USB STEVAL-EVK-U0I1 (Figura 3) e collegare una S-Board STEVAL-55G1MBI1, che contiene il gruppo telecamera montato (Figura 4), oppure una P-Board STEVAL-CAM-M0I1 collegata alla propria piattaforma di elaborazione embedded preferita. Per utilizzare la P-Board è necessario acquistare il promodulo separatamente. L'EVK con la S-Board può essere collegato a un PC tramite USB, mentre lo sviluppo con la P-Board avviene mediante piattaforma di elaborazione embedded.

Figura 3: La S-Board STEVAL-55G1MBI1 si collega al kit USB STEVAL-EVK-U0I1, che è collegato a un PC tramite un connettore USB. (Immagine per gentile concessione di STMicroelectronics)

Figura 4: La S-Board STEVAL-55G1MBI1 include il gruppo telecamera montato. (Immagine per gentile concessione di STMicroelectronics)

I driver dell'interfaccia utente grafica (GUI) di valutazione software e Linux sono disponibili per il download da STMicroelectronics.

Conclusione

L'aggiunta della visione artificiale aggiunge nuove interessanti funzionalità a un'applicazione. Tuttavia, la scelta del sistema ottimale tra l'ampia gamma di soluzioni commerciali disponibili sul mercato può essere lunga e impegnativa. I promoduli e il software associato di STMicroelectronics semplificano il processo di progettazione e sviluppo. Consentono di provare diverse configurazioni ottiche e di lenti collegando un motore diverso all'EVK o alla piattaforma di elaborazione embedded.