Collaborazione tra Penn Electric Racing e GeT Cameras
Gaspar van Elmbt
La loro ambizione è acquisire esperienza e competere anche in futuro nella competizione autonoma. Per raggiungere questi obiettivi, Penn Electric Racing si è rivolta a VA Imaging, precedentemente nota come GeT Cameras. Erano alla ricerca di Telecamere industriali compatte online e si sono imbattuti nella nostra global shutter MER2-160-227U3C con sensore di immagine SONY IMX273.
Sponsorizzazione
Penn Electric Racing si è messa in contatto con VA Imaging grazie al sito web chiaro e ai prezzi competitivi. “VA Imaging aveva i prezzi delle Telecamere esposti sul sito, il che era utile per orientarsi. Grazie a questa trasparenza abbiamo deciso che valeva la pena contattarli.”
I componenti di visione
Dopo essere entrati in contatto con Penn Electric Racing abbiamo concluso che, per il loro sistema di visione, avevano bisogno dei seguenti componenti:
- MER2-160-227U3C 4 pz.: Una Telecamera USB3 da 1,6MP global shutter con C-mount in grado di raggiungere 227 fotogrammi al secondo alla massima risoluzione.
- LM12-5MP-02MM-F2.0-3-MD1 2 pz.: Due obiettivi M12 grandangolari. Con questi obiettivi il team può acquisire immagini e rilevare i coni stradali su un ampio angolo con un tasso di distorsione medio. Il loro campo visivo orizzontale è di 116° su un sensore da 2/3 di pollice.
- LM12-5MP-06MM-F2.8-1.8-ND1 2 pz.: Due obiettivi M12 con un campo visivo più stretto per rilevare i coni a distanze maggiori. L’obiettivo a bassa distorsione offre un’ottima percezione della profondità.
- LADAP-C-TO-M12-V2 4 pz.: Un adattatore da C a M12 creato e brevettato da VA Imaging. Questo adattatore è progettato appositamente per poter fissare l’obiettivo M12 nel supporto dell’obiettivo dopo la messa a fuoco; anche l’anello di messa a fuoco può essere fissato.
- CABLE-D-USB3-5M 4 pz.: Quattro cavi per collegare le Telecamere USB3 al computer di bordo della vettura da corsa.
Il test
Poiché la vettura non è ancora terminata, Penn Electric Racing ha potuto testare le Telecamere solo in ambienti interni. Tuttavia, la loro prima impressione sulla qualità dell’immagine e sulle prestazioni ad alta velocità è stata persino migliore del previsto. Questo è dovuto principalmente al sensore di immagine più grande rispetto a quello a cui erano abituati.
Il team ha utilizzato la nostra ‘Guida QuickStart’ per scaricare l’SDK e impostare i parametri delle Telecamere. “Grazie alla Guida QuickStart siamo riusciti a raccogliere facilmente le prime immagini. La parte migliore sono stati i programmi campione in Python e C++. In questo modo abbiamo potuto facilmente farci un’idea delle potenzialità delle Telecamere.”
La vettura
La vettura da corsa completamente elettrica è progettata per offrire alte prestazioni su una pista stretta ricca di curve strette. Concentrata su maneggevolezza e accelerazione, la vettura accelera da 0 a 100 km/h in 3 secondi e può raggiungere la sua velocità massima di 100 km/h.
Autonoma
Costruire un'auto autonoma non è un compito facile. Il reparto software di Penn Electric Racing deve lavorare su percezione, localizzazione e controllo.
- Percezione. Per guidare in modo autonomo, l'auto deve essere in grado di riconoscere il circuito. Utilizzando due Telecamere machine vision è possibile creare una nuvola di punti grazie alle tecniche di stereo visione. Il team utilizza due obiettivi a angolo stretto per rilevare i coni nella parte anteriore del circuito e due obiettivi a grandangolo per rilevare i coni nelle curve.
La MER2-160-227U3C, dotata di questo sensore SONY IMX273, dispone di un global shutter. Ogni pixel della Telecamera global shutter inizierà e terminerà l'esposizione nello stesso momento, congelando così l'immagine con pochissimi artefatti.
I rolling shutter espongono linee diverse in momenti diversi mentre vengono lette. Alle alte velocità, la prima linea di un rolling shutter verrà acquisita prima dell'ultima, risultando in un'immagine distorta. La posizione dei coni non può essere rilevata con precisione dal software di visione. Leggi di più sulla differenza tra global shutter e rolling shutter nel nostro knowledge center.
- Localizzazione. Dopo l'elaborazione delle immagini, l'auto deve sapere dove si trova sul circuito. Utilizzando algoritmi di traiettoria da corsa, l'auto può calcolare come percorrere il circuito nel modo più veloce possibile.
- Controllo. Una volta che l'imaging è stato elaborato e l'auto ha determinato dove andare, è necessario assicurarsi che l'output del software sia in grado di controllare i sistemi meccanici 'Drive-by-wire'. Questi sistemi Drive-by-wire gestiscono la frenata, l'accelerazione e la sterzata dell'auto.
La competizione
Penn Electric Racing iscrive il proprio veicolo elettrico alla competizione di Formula SAE e parteciperà quindi con altre auto costruite da studenti il 17 maggio a Brooklyn, Michigan. L'auto sarà valutata in un evento statico in base a come è costruita, a una presentazione aziendale e a un calcolo dei costi. In secondo luogo, l'auto dovrà esibirsi negli eventi dinamici, dove sarà giudicata in base ai risultati ottenuti in pista.
Per prima cosa c'è il test di accelerazione. L'auto percorre una striscia di 75 metri, partendo da 0 km/h, nel minor tempo possibile. La seconda prova, l'evento autocross, è un circuito breve in cui viene cronometrata l'auto. In terzo luogo, l'evento Skid pad è un circuito a forma di 8 dove viene testata l'aderenza dell'auto nelle curve ad alta velocità. La prova più importante è quella di endurance. L'auto da corsa deve percorrere 20 giri per verificare se è sufficientemente affidabile da sostenere queste velocità estreme, forze e fattori ambientali.
Pagella
Supporto: 
Penn Electric Racing ha ricevuto un supporto diretto da VA Imaging ed è grato per il supporto fornito. Il supporto nella scelta dell'obiettivo è stato particolarmente apprezzato. Gli obiettivi suggeriti hanno aiutato Penn Electric Racing ad ottenere l'esatto campo visivo di cui avevano bisogno.
Durabilità:
Finora il team ha utilizzato i prodotti machine vision solo in ambienti interni, ma anche al chiuso stanno notando la robustezza e la qualità industriale. Il telaio in metallo trasmette una sensazione di solidità e il cavo con blocco a vite garantisce una connessione USB3 stabile che non si interrompe se il cavo viene tirato accidentalmente.
Qualità dell'immagine:
Prima di utilizzare Telecamere industriali, il team utilizzava Telecamere di telefoni. Poiché il sensore è molto più grande e sensibile alla luce, la qualità dell'immagine è migliore. In secondo luogo, le impostazioni specifiche come la regolazione della velocità dello shutter e del tempo di esposizione permettono di ottenere un'immagine di alta qualità.
Flessibilità:
Penn Electric Racing ha assegnato 5 stelle su 5 per la flessibilità perché la Telecamera funziona su più sistemi operativi. Grazie alla conformità USB3 può essere utilizzata con molti programmi di visione standardizzati. “Poiché la Telecamera dispone di driver e API con molti linguaggi di programmazione, puoi scegliere qualsiasi soluzione necessaria con i prodotti VA Imaging.”
Processo di implementazione: 
Gli studenti ingegneri sono soddisfatti della facilità con cui hanno implementato il loro sistema di visione con Telecamere, obiettivi e cavi. Il manuale QuickStart e i campioni software forniti con l'SDK sono utili.
Pur essendo generalmente soddisfatti dell'implementazione, hanno riscontrato alcune difficoltà. L'alloggiamento della Telecamera è così compatto che è difficile fissarla all'auto. In secondo luogo, gli esempi di programmazione sono basilari e sarebbero preferibili programmi più complessi per ambienti a bassa latenza.
Prezzi:
Grazie allo store online trasparente di VA Imaging, il team ha potuto vedere i prezzi molto competitivi dei prodotti. È anche positivo che si possano visualizzare i tempi di consegna e, se li si modifica, anche i prezzi cambiano di conseguenza.
Seguici
Ti è piaciuto conoscere Penn Electric Racing? Assicurati di seguirli su LinkedIn. Più avanti quest'anno pubblicheremo anche un secondo articolo focalizzato sull'aspetto tecnico dell'implementazione di un sistema di visione a bassa latenza con Robot Operating System (ROS). Seguici su LinkedIn per ricevere una notifica quando l'articolo sarà disponibile.
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