Îmbunătățirea conștientizării dimensionale cu ajutorul modulelor COM-HPC

18 IULIE 2022

Platforme modulare pentru sisteme de viziune 3D

Viziunea artificială în trei dimensiuni nu se poate compara cu performanța ochilor umani, dar este cea mai aproape de aceasta prin prisma tehnologiilor disponibile în prezent.

Conștientizarea tridimensională necesită un volum de calcul extrem de mare. Tehnologia de procesare Intel Core din a 12-a generație din modulele COM-HPC de la congatec transferă de două ori mai multe date datorită PCIe Gen5. (© Ekkasit919/dreamstime/congatec) »

Modulele COM (Computer-on-Module) care aderă la noua specificație PICMG COM-HPC Client sunt furnizate de congatec cu procesoare Intel Core din a 12 generație (Alder Lake). Disponibilitatea crescută și performanța uniformizată a serverelor edge (de margine) modulare și durabile din sistemele de robotică cu ghidare prin viziune și din vehiculele logistice mobile sunt garantate de amprenta lor standardizată. (© congatec)

Prin urmare, este utilizată pentru multe tipuri de sarcini și este asociată tot mai des cu învățarea automată. Industria prelucrătoare beneficiază în mod direct de acest progres, roboții cu ghidare prin viziune (VGR) și vehiculele cu ghidare automată (AGV) utilizând o conștientizare tridimensională îmbunătățită pentru creșterea performanței aplicațiilor Industrie 4.0. Un ajutor în ceea ce privește migrarea acestei tehnologii către hardware, prin amplificarea semnificativă a puterii de procesare, este oferit de cel mai recent lot de module COM-HPC de la producători precum congatec.

Utilizarea viziunii 3D este în ascensiune, cu o creștere de aproape 15% de la an la an. Principalii doi factori în joc, care au influențat acest fenomen, sunt scăderea numărului de oameni care lucrează în mod activ și creșterea numărului de persoane care au nevoie de asistență medicală. Prin urmare, este nevoie de roboți suplimentari, din cauza reducerii forței de muncă. Roboții ating o eficiență de producție mult mai mare decât cea a oamenilor în industria prelucrătoare, în timp ce roboții oferă îngrijire și promovează autonomia/mobilitatea în domeniul sănătății.

Concentrarea spre viitor

Cu toate acestea, mai sunt încă multe de făcut în materie de dezvoltare înainte ca roboții să poată efectua orice muncă grea. De exemplu, sistemele de inspecție sunt staționare și imobile. Deși robotica cu ghidare prin viziune (VGR – Vision Guided Robotics) oferă mai multă mobilitate și cunoaște o dezvoltare dinamică, deplasarea sa este încă destul de limitată. Principala funcție a roboților imobili este de a supraveghea lucrurile îndeaproape. Utilizarea camerelor 3D le permite să îndeplinească această sarcină mai eficient, identificând obiectele pe trei axe și măsurând lungimi. Setea de flexibilitate sporită în producția discretă determină creșterea industriei în acest domeniu, care vine în primul rând din importanța pe care a căpătat-o odată cu tendința Industriei 4.0 de a se apropia de dimensiunea lotului 1 (batch size 1)*.

Dimensiuni module COM-HPC client (© congatec)

Sistemele de alimentare și de ieșire în producția discretă sunt în principal VGR-urile și vehiculele cu ghidare automată (AGV), cu o rată de creștere preconizată de 14,1% pe an până în 2027. Sistemele de transportoare instalate permanent vor fi reduse la minimum sau eliminate, datorită implementării AGV-urilor pentru deplasarea și transportul produselor. Datorită mobilității lor, acestea nu blochează zone precum sistemele conveioare. Ele se deplasează de-a lungul unor rute preprogramate care optimizează depozitarea, transportul și alte sarcini. Atunci când sunt utilizate cu roboți mobili de preluare și plasare, rezultatul este integrarea cu sisteme VGR.

Modularitatea joacă un rol crucial

Dimensiuni module COM-HPC server (© congatec)

Sistemele robotizate mobile avansate pot necesita subsisteme suplimentare. Un caz bun de evidențiat este cel al unui robot care a fost construit cu patru picioare și care conținea trei module COM (Computer-on-Module). Fiecare modul îndeplinea o sarcină specifică – conștientizarea locației, controlul mișcării și îndeplinirea sarcinii. Acest exemplu demonstrează utilizarea avantajoasă a computerelor pe modul, care pot fi ușor adaptate pentru fiecare sarcină specifică. Comenzile ar putea fi, de asemenea, combinate într-un singur sistem pentru comunicarea în timp real cu driverele actuatoarelor/invertoarelor de frecvență, utilizând Ethernet pe două fire, deși ar fi necesare module cu o putere semnificativ mai mare pe o structură de platformă dovedită în timp. Trebuie menționat că, în acest exemplu, au fost utilizate în total 10 nuclee de procesor pe cele trei module, acestea nefiind încă lansate pe piața sistemelor mobile embedded cu consum de energie foarte redus, pentru furnizarea puterii de calcul necesare și pentru asigurarea funcționării în timp real.

Sporirea multifuncționalității prin creșterea numărului de nuclee

Modulele COM-HPC care eclipsează performanțele actuale ale modulelor COM Express datorită numărului mult mai mare de interfețe, lățimii de bandă, memoriei și a nucleelor încep să devină disponibile după ce comitetul de standardizare PICMG a ratificat specificația COM-HPC Computer-on-Module.

Computerele pe modul de la congatec sunt compatibile cu tehnologia hipervizorului în timp real de la Real-Time Systems pentru combinarea mai multor aplicații de margine într-un singur sistem. (© congatec)

Acest lucru este valabil pentru modulele client COM-HPC, dar vizează și mai mult categoria de servere, deoarece viitoarele module de server COM-HPC ‘entry class’, care pot fi lipite, vor fi mai durabile și mai scalabile, permițând consolidarea sistemelor de control în timp real descentralizate în soluții de computere edge embedded multifuncționale. Pentru mașinile virtuale capabile să funcționeze în timp real vor fi necesare hipervizoare de la producători precum Real-Time Systems. Soluțiile de hipervizoare în timp real sunt necesare pentru un control în timp real neîntrerupt și determinist, indiferent de reinițializarea pe același procesor HMI al celulei de producție sau de evaluarea și conversia datelor sau de procesarea sarcinilor în paralel de către gateway-ul loT integrat.

O poftă tot mai mare de performanțe superioare

Imagistica 3D dependentă de o putere mare de procesare are nevoie de tehnologia COM-HPC. Luați în considerare doar crearea norilor de puncte achiziționați prin tehnologia time-of-flight (ToF), care generează 32 de biți de coordonate spațiale pentru fiecare pixel. O rezoluție de 640 × 480 pixeli la 30 de cadre pe secundă (fps) produce, prin urmare, 35 MB de date 3D pe secundă. În plus, trebuie procesate și informațiile color ale unei camere 2D clasice, cu rezoluții în general de 4 ori mai mari. La 1,2 mega pixeli (1280 × 1024 pixeli) și o adâncime a culorii de 8 biți pe canal, este vorba de 112,5 MBaiți suplimentari pe secundă. Rezultă până la aproximativ 150 de megaocteți de date care trebuie procesate pe secundă, ca să nu mai vorbim de puterea de procesare excesivă necesară pentru două camere care funcționează în stereo. Deoarece cantitatea de date și puterea de calcul a CPU/GPGPU sunt extrem de solicitante, se preferă noua generație de module COM-HPC care utilizează tehnologia procesoarelor Intel Core din a 12-a generație (Alder Lake). Printre atributele lor deosebite se numără asigurarea PCIe Gen 5 cu o lățime de bandă de patru ori mai mare între procesoare și camere, precum și între GPU-uri discrete, comparativ cu PCIe Gen3. Suportul nativ al camerelor MIPI-CSI oferă, de asemenea, două beneficii principale – reducerea cerințelor de procesare și a necesității de a investi în tehnologia camerelor. Conexiunile personalizabile de opțiuni Ethernet de la 1GbE și 2x 2,5GbE (cu TSN) la 10GbE dual, care provin din kitul de start COM-HPC de la congatec, sunt compatibile cu modulele. Interfața cu dispozitive mai mici, cum ar fi actuatoarele și senzorii, este, prin urmare, posibilă dacă se utilizează Ethernet pe două fire.

Un kit de instruire pe trei niveluri, bazat pe computerele pe module de la congatec, a fost creat de Laboratorul de sisteme autonome (Autonomous System Lab) din cadrul Intel Labs China. (© congatec)

Păstrarea inteligenței artificiale în combinație

congatec a asigurat o compatibilitate suplimentară plug-and-play cu sistemele embedded conectate în rețea IIoT și Industry 4.0 prin asigurarea unei compatibilități extinse AI cu camerele conectate prin MIPI-CSI. Instrucțiunile pentru rețele neurale vectoriale (VNNI – Vector Neural Network Instructions) bazate pe Intel DL Boost și instrucțiunile pentru numere întregi pe 8-biți (Int8) pot fi implementate pe GPU pentru accelerarea AI și a inferențelor. De asemenea, trebuie menționată compatibilitatea cu ecosistemul Intel Open Vino pentru AI. O platformă bazată pe COM Express în scop de instruire, împreună cu un kit “Ready for Production” certificat de Intel pentru consolidarea sarcinilor de lucru, au fost deja introduse de către Autonomous System Lab al Intel Labs China. Cu această platformă HERO, inginerii pot evalua acum ecosistemul OpenVINO, de la bibliotecile de software până la interacțiunea adaptivă om-robot (AHRI – Adaptive Human-Robot Interaction) sau localizarea și navigarea simultană (SLAM – Simultaneous Localization & Navigation).

Aplicații tridimensionale de la Basler – partenerul congatec pentru viziune embedded 

© Basler

Un sistem de viziune bazat pe Deep Learning cu o cameră Basler blaze time-of-flight (ToF), care poate fi combinat fără efort cu sistemele embedded de la congatec. Imaginile tridimensionale de înaltă rezoluție sunt achiziționate de camera Basler blaze cu o precizie apropiată de milimetru. Pe lângă generarea unei imagini de intensitate pe scara de gri, tehnologia ToF analizează impulsurile de lumină în spectrul infraroșu apropiat pentru a calcula distanța până la fiecare pixel. Spre deosebire de imaginile 2D RGB, datele referitoare la formă iau locul informațiilor de culoare, astfel încât atât merele roșii, cât și cele verzi sunt detectate în același timp. Sunt utilizate și alte aplicații, cum ar fi dimensiunile și localizarea precisă a obiectelor. Camera Basler blaze dispune de o interfață ușor de utilizat, care rulează pe toate sistemele de operare, pentru o integrare fără probleme a software-ului Deep Learning DS de la Data Spree. Această soluție software, care se bazează pe rețele neurale profunde, nu necesită cunoștințe avansate pentru dezvoltarea modelelor Deep Learning. Diferitele etape de dezvoltare a sistemului – achiziția de date, adnotarea, antrenarea și implementarea până la aplicarea rețelei antrenate pe hardware-ul țintă – sunt sensibil simplificate.

BCON pentru MIPI permite conectarea fără probleme a camerelor de luat vederi

© Basler

Modelele din seria Dart de la Basler reprezintă un prim pas avantajos atunci când se adaugă procesarea imaginilor la procesoarele standard. Utilizarea lor nu depinde de modul în care este construit COM-ul sau de proiectarea sistemului embedded bazat pe placă purtătoare (carrier). BCON-ul personalizat pentru interfața MIPI de la Basler, care se bazează pe standardul de interfață MIPI CSI-2, permite o integrare fără probleme. Modelele BCON pentru MIPI sunt la fel de ușor și convenabil de implementat ca o interfață de cameră plug-and-play, cum ar fi USB 3.0 BCON (Basler Connectivity), adăugând astfel funcțiile puternice și bine dovedite de viziune artificială de la standardele de transmisie de date consacrate ale industriei embedded (de exemplu, LVDS sau MIPI CSI-2). Datorită integrării cu standardele de viziune artificială (GeniCam), precum și cu SDK-ul pylon, vi se oferă acces ușor și avantajos la tehnologiile standard. Rezultatul final este un debit de date extrem de sigur, cu o lățime de bandă ridicată.

Plăci COM-HPC Client din portofoliul congatec: conga-HPC/cTLH și conga-HPC/cTLU. (© congatec)

Evaluare prin intermediul plăcii purtătoare ATX conga-HPC/EVAL-Client

Viziunea robotică inteligentă și vehiculele logistice autonome pot fi, de asemenea, evaluate cu ajutorul plăcii carrier ATX conga-HPC/EVAL-Client. Aceasta este prevăzută cu două interfețe PCIe Gen4 x16 extrem de performante și numeroase opțiuni LAN pentru lățime de bandă, transmisie și conectori de date. Cardurile Mezzanine permit plăcii purtătoare să ruleze până la două interfețe 25GbE. Placa conga-HPC/cTLU COM este componenta principală a kitului de start oferit pentru proiectele COM-HPC Client. Sunt disponibile trei configurații de procesoare, cu trei soluții de răcire pentru a se potrivi cu gama configurabilă de 12 până la 28 W TPD a procesoarelor Intel® Core™ din a 11-a generație.

*) Batch size – dimensiunea lotului. În producția de masă dimensiunea lotului de produse ajunge până la câteva milioane de unități pe an. În sistemele embedded, lotul de produse poate însuma câteva sute / mii de bucăți pe an. Cu ajutorul modulelor se pot crea eficient configurații personalizate (batch size 1), ceea ce înseamnă că fiecare sistem poate avea propria configurație.

Autor
Zeljko Loncaric
Inginer în cadrul departamentul de Marketing al companiei congatec.

 

congatec

Lasă un răspuns

Adresa ta de email nu va fi publicată. Câmpurile necesare sunt marcate *

  • Folosim datele dumneavoastră cu caracter personal NUMAI pentru a răspunde comentariilor/solicitărilor dumneavoastră.
  • Pentru a primi raspunsuri adecvate solicitărilor dumneavoastră, este posibil să transferăm adresa de email și numele dumneavoastră către autorul articolului.
  • Pentru mai multe informații privind politica noastră de confidențialitate și de prelucrare a datelor cu caracter personal, accesați link-ul Politica de prelucrare a datelor (GDPR) si Cookie-uri.
  • Dacă aveți întrebări sau nelămuriri cu privire la modul în care noi prelucrăm datele dumneavoastră cu caracter personal, puteți contacta responsabilul nostru cu protecția datelor la adresa de email: gdpr@esp2000.ro
  • Abonați-vă la newsletter-ul revistei noastre