Colaboração entre a Penn Electric Racing e a GeT Cameras
Gaspar van Elmbt
Penn Electric Racing é uma organização gerida por estudantes dedicada à construção de carros de corrida elétricos. Todos os anos, a equipa compete com outros carros de corrida construídos por estudantes na Formula SAE, uma competição internacional para equipas universitárias que visa conceber e fabricar os carros de corrida com melhor desempenho.
A sua ambição é ganhar experiência e competir também no futuro na competição autónoma. Para alcançar estas ambições, a Penn Electric Racing contactou a VA Imaging, anteriormente conhecida como GeT Cameras. Procuravam câmeras industriais compactas online e encontraram a nossa câmera global shutter MER2-160-227U3C com o sensor de imagem SONY IMX273.
Patrocínio
A Penn Electric Racing entrou em contacto com a VA Imaging devido ao website claro e aos preços competitivos. “A VA Imaging tinha os preços das câmeras apresentados no website, o que foi útil para orientação. Devido à transparência, decidimos que valia a pena entrar em contacto.”
Os componentes de visão
Após o contacto com a Penn Electric Racing, concluímos que, para o seu sistema de visão, necessitavam dos seguintes componentes:
- MER2-160-227U3C 4 unid.: Uma câmera USB3 de 1,6MP global shutter com C-mount capaz de atingir 227 frames por segundo na resolução total.
- LM12-5MP-02MM-F2.0-3-MD1 2 unid.: Duas lentes M12 grande angular. Com estas lentes, a equipa pode recolher imagens e detetar cones de trânsito num ângulo amplo com uma taxa de distorção média. O seu campo de visão horizontal é de 116° num sensor de 2/3 polegadas.
- LM12-5MP-06MM-F2.8-1.8-ND1 2 unid.: Duas lentes M12 com um campo de visão mais estreito para detetar cones a maiores distâncias. A lente de baixa distorção resulta numa excelente perceção de profundidade.
- LADAP-C-TO-M12-V2 4 unid.: Um adaptador de C para M12 criado e patenteado pela VA Imaging. Este adaptador foi especialmente concebido para fixar a lente M12 no suporte da lente após o foco; o anel de foco também pode ser fixado.
- CABLE-D-USB3-5M 4 unid.: Quatro cabos para ligar as câmeras USB3 ao computador de bordo do carro de corrida.
Os testes
Como o carro ainda não está concluído, a Penn Electric Racing só conseguiu testar as câmeras em ambiente interior. No entanto, a primeira impressão da qualidade de imagem e do desempenho em alta velocidade foi ainda melhor do que o esperado. Isto deve-se principalmente ao sensor de imagem maior do que aquele a que estavam habituados.
A equipa utilizou o nosso ‘Guia de Início Rápido’ para descarregar o SDK e definir os parâmetros das câmeras. “Graças ao Guia de Início Rápido conseguimos facilmente obter as primeiras imagens. A melhor parte foram os programas de amostra em Python e C++. Desta forma, pudemos facilmente perceber do que as câmeras eram capazes.”
O carro
O carro de corrida totalmente elétrico foi concebido para oferecer alto desempenho numa pista estreita repleta de curvas apertadas. Focado na condução e aceleração, o carro acelera dos 0 aos 100 km/h em 3 segundos e pode atingir a sua velocidade máxima de 100 km/h.
Autónomo
Construir um carro autónomo não é uma tarefa fácil. O departamento de software da Penn Electric Racing deve trabalhar em perceção, localização e controlo.
- Perceção. Para conduzir autonomamente, o carro deve ser capaz de reconhecer a pista. Ao utilizar duas câmeras de machine vision é possível criar uma nuvem de pontos graças às técnicas de visão estéreo. A equipa utiliza duas lentes de ângulo estreito para detetar cones na parte frontal da pista e duas lentes de ângulo amplo para detetar cones nas curvas.
A MER2-160-227U3C, equipada com este sensor SONY IMX273, possui um global shutter. Cada pixel da câmera global shutter inicia e termina a sua exposição ao mesmo tempo e, por isso, congela a imagem com poucos artefactos.
Rolling shutters expõem linhas diferentes em momentos diferentes à medida que são lidas. A altas velocidades, a primeira linha de um rolling shutter será captada antes da última linha, resultando numa imagem distorcida. A localização dos cones não pode ser lida com precisão pelo software de visão. Leia mais sobre a diferença entre global shutters e rolling shutters no nosso centro de conhecimento.
- Localização. Após o processamento das imagens, o carro precisa de saber onde está na pista. Utilizando algoritmos de trajetória de corrida, o carro pode calcular como percorrer a pista o mais rapidamente possível.
- Controlo. Uma vez que a imagem foi processada e o carro determinou para onde deve ir, é necessário garantir que a saída do software consegue controlar os sistemas mecânicos ‘Drive-by-wire’. Estes sistemas Drive-by-wire supervisionam a travagem, aceleração e direção do carro.
A competição
A Penn Electric Racing inscreve o seu veículo elétrico na competição de Fórmula SAE e irá assim competir com outros carros construídos por estudantes no dia 17 de maio em Brooklyn, Michigan. O carro será avaliado num evento estático com base em como é construído, num pitch de negócios e num cálculo de custos. Em segundo lugar, o carro deve atuar nos eventos dinâmicos, onde será avaliado pelo seu desempenho na pista.
Primeiro é o teste de aceleração. O carro percorre uma faixa de 75 metros, começando a 0 km/h, no menor tempo possível. O segundo percurso, o evento de autocross, é uma pista curta onde o tempo do carro é cronometrado. Em terceiro lugar, o evento Skid pad é uma pista em forma de 8 onde testam a aderência do carro ao contornar curvas a altas velocidades. O mais importante é a prova de resistência. O carro de corrida deve completar 20 voltas para verificar se é suficientemente fiável para suportar estas velocidades extremas, forças e fatores ambientais.
Ficha de avaliação
Suporte: 
A Penn Electric Racing recebeu suporte próximo da VA Imaging e está grata pelo suporte prestável. O suporte na seleção da lente foi especialmente apreciado. As lentes sugeridas ajudaram a Penn Electric Racing a obter o campo de visão exato de que necessitavam.
Durabilidade:
Até agora, a equipa só utilizou os produtos de machine vision em ambientes interiores, mas mesmo assim nota a robustez e qualidade industrial. A estrutura metálica transmite uma sensação robusta e o cabo com fecho de rosca garante uma ligação USB3 estável, que não será interrompida caso o cabo seja puxado acidentalmente.
Qualidade de imagem:
Antes de utilizarem câmeras industriais, a equipa usava câmeras de telemóvel. Como o sensor é muito maior e mais sensível à luz, a qualidade da imagem é superior. Em segundo lugar, as definições específicas, como a velocidade do shutter e o tempo de exposição, proporcionam uma imagem de alta qualidade.
Flexibilidade:
A Penn Electric Racing atribuiu 5 em 5 estrelas à flexibilidade porque a câmera funciona em vários sistemas operativos. Graças à conformidade USB3, pode ser utilizada com muitos programas de visão padronizados. “Como a câmera tem drivers e APIs para várias linguagens de programação, pode-se seguir qualquer caminho necessário com os produtos VA Imaging.”
Processo de implementação: 
Os engenheiros estudantes estão satisfeitos com a facilidade que experienciaram ao implementar o seu sistema de visão com câmeras, lentes e cabos. O manual QuickStart e as amostras de software incluídas no SDK são úteis.
Apesar de estarem, na sua maioria, satisfeitos com a implementação, também encontraram algumas dificuldades. O corpo da câmera é tão compacto que é difícil montá-la no carro. Em segundo lugar, os exemplos de programação são básicos e seriam preferíveis programas mais complexos para ambientes de baixa latência.
Preços:
Graças à loja online transparente da VA Imaging, a equipa pôde ver os preços muito competitivos dos produtos. É também positivo poder visualizar os prazos de entrega e, ao alterá-los, o preço ajusta-se em conformidade.
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