Sete maneiras de garantir o sucesso ao escolher câmeras para sistemas de transporte inteligentes | Teledyne FLIR
Encontrar a câmera certa para um ITS pode ser muito difícil, mas integradores e fabricantes podem ter sucesso seguindo essas diretrizes.
Os sistemas inteligentes de transporte (ITSs) melhoram a segurança e a mobilidade do transporte, aumentam a produtividade, fazem com que as leis sejam cumpridas e, em última análise, ajudam a gerar receita. No entanto, a falha em levar em conta ambientes agressivos e necessidades de aplicação específicas ao escolher câmeras para um ITS impedirá o sucesso do sistema. Além disso, um número esmagador de opções dificulta saber por onde começar.
As câmeras são usadas principalmente na tecnologia ITS em aplicações como monitoramento de tráfego, reconhecimento automático de placa de veículos [ALPR (Automatic Licence Plate recognition); referido como reconhecimento automático de placa numérica, ou ANPR (Automatic Number-plate Recognition), no Reino Unido], controle de acesso, monitoramento de faixa de veículos de transporte solidário (High-ccupancy-vehicle, HOV), fiscalização de estacionamento, controle de velocidade e proteção patrimonial. Dependendo da aplicação, pode haver necessidade de diversos tipos de câmeras e sistemas. Todas as implantações apresentam desafios, quer as configurações da câmera exijam cabos longos e a compatibilidade com ambientes difíceis ou a necessidade de sistemas integrados com capacidades de processamento de borda para feedback rápido. A consideração cuidadosa desses fatores pode garantir o sucesso do sistema, menor custo de propriedade e operações à prova de obsoletismo. Este artigo apresenta desafios e métodos comuns para superá-los e ajudar no sucesso dos ITSs.
Comece pela qualidade da imagem
Ao pesquisar câmeras para uso em ITS, todo o planejamento deve começar pela qualidade da imagem. No caso de uso para ANPR/ALPR, o sistema tem duas tarefas principais: reconhecer que um número/placa de veículos está no campo de visão da câmera e, em seguida, decodificar a placa. Ambas as tarefas estão sujeitas a erros. Os sistemas de ANPR/ALPR bem-sucedidos exigem imagens de alta qualidade para o software realizar tarefas de reconhecimento óptico de caracteres (Optical Character Recognition, OCR) e verificação óptica de caracteres (Optical Character verification, OCV). Os projetistas e integradores de sistemas precisam de câmeras potentes.
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Câmeras com sensores de imagem de baixa qualidade não produzirão imagens de alta qualidade; portanto, o sensor de imagem deve ser uma consideração fundamental. As cenas de ITS podem variar muito em brilho devido à mudança das condições de iluminação externa e a câmera deve ser capaz de registrar e fornecer dados e detalhes para as partes mais claras e escuras de uma imagem e as variações entre elas, independentemente das condições de iluminação. A medição da capacidade de uma câmera para detectar intensidades de luz mais altas e máximas e mínimas é chamada de "faixa dinâmica"; quanto mais alto for o número de decibéis (dB), melhor. Os sensores de imagem de alta qualidade, como o Pregius e a linha Pregius S de sensores de imagem CMOS de obturador global, oferecem alta sensibilidade de alcance dinâmico, tornando-os ideais para diversos usos em ITS.
A família de câmeras Blackfly S da Teledyne FLIR oferece uma variedade impressionante de modelos de câmera baseados nos sensores de imagem Pregius e Pregius S da Sony. Eles variam de 1,6 MPixel a 26 MPixel, tornando-os adequados para uma ampla gama de diversas tarefas de ITS. As câmeras BFS-PGE-161S7C-C (colorida) e BFS-PGE-161S7M-C (monocromática), por exemplo, apresentam o sensor IMX542 Pregius S de 16.1 MPixel da Sony, que oferece faixa dinâmica de 70,46 dB, capacidade de saturação de 9.609 e- e medidas de eficiência quântica de 45,76% a 470 nm (azul), 52,26% a 525 nm (verde), e 33,49% a 630 nm (vermelho). Comprar uma câmera de alta resolução quando o uso não requer que ele agregue custo ao projeto total, mas faz sentido ao se considerar cenários futuros. Integradores e fabricantes, por exemplo, podem preparar operações para o futuro para permitir a expansão de estradas e evitar a necessidade de trocar câmeras de baixa resolução mais tarde.
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Captura de cor, superação de brilho
A cor é outra métrica de qualidade importante. No caso de ANPR/ALPR, enquanto as imagens em preto e branco mostram o número/placa do veículo, as imagens coloridas fornecem contexto sobre o que está ocorrendo em uma determinada situação (semáforos, placas de trânsito codificadas por cores e assim por diante). A cor também é importante em situações em que câmeras acopladas a veículos verificam se há carros estacionados incorretamente. Na Espanha, por exemplo, linhas azuis na rua indicam que um motorista deve pagar pela vaga de estacionamento, enquanto as linhas verdes indicam que a vaga é para alguém que mora na vizinhança. Os sistemas de visão incorporados podem verificar automaticamente se há infrações, mas precisam de reprodução de cores de alta qualidade para fazê-lo.
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Os sensores de imagem têm uma resposta particular à iluminação (eficiência quântica), e cada condição de iluminação, como a luz solar, tem seu próprio espectro de emissão, o que influencia a forma como uma imagem aparecerá quando capturada. A eficiência quântica determina a capacidade de um sensor de imagem para converter fótons em elétrons e varia dependendo do comprimento de onda. As ferramentas de coleta de cores levam em conta como cada canal de cores interage com os outros e ampliam independentemente cada canal de cores. Uma matriz corretiva de cores mede e compensa essas interações para reproduzir com mais precisão as cores do mundo real de um determinado alvo. Isso é particularmente importante em aplicações em que pequenas diferenças de cor podem afetar negativamente a precisão e a confiabilidade dos resultados.
Câmeras e sistemas de visão podem às vezes ter dificuldades ao lidar com reflexos e brilho em superfícies reflexivas, como vidro. Por exemplo, se um ITS estiver direcionado para um carro, para monitoramento da pista HOV, os reflexos e o brilho do sol podem impedir que a câmera capture imagens do interior do carro. O Teledyne FLIR oferece duas câmeras (um GigE, um USB) com base no sensor de polarização monocromático Sony IMX250MZR de 5 MPixels e uma câmera (USB3) com base no sensor de polarização RGB Sony IMX250MYR de 5 MPixels.
Figura 2: As câmeras de polarização podem capturar imagens do interior do carro, mesmo em cenários difíceis onde o brilho ou reflexos podem estar presentes.
Encontre um especialista em hardware
Alguns integradores e fabricantes no setor de ITS podem ter mais experiência em software do que em hardware. Escolher, testar e otimizar o hardware são um desafio, mas um fornecedor de câmeras experiente pode fornecer consultoria técnica sobre o projeto e ajudar na seleção e configuração das câmeras. O fornecedor também deve fornecer referências a parceiros confiáveis ao lidar com acessórios e serviços não oferecidos pela empresa, incluindo lentes, cabeamento, invólucros e desenvolvimento de software.
Os fabricantes e integradores também precisam de suporte durante a fase de projeto e desenvolvimento, bem como ajuda com a configuração do sistema e consultoria de software. Os usuários devem procurar empresas de câmeras que forneçam esses serviços através de uma combinação de engenheiros de sistema e equipes de suporte com chamadas de verificação frequentes. Antes de escolher um provedor de hardware, os usuários finais também devem perguntar sobre o suporte do sistema e como o provedor lida com as relações com o cliente.
Achar uma solução justa: SWaP-C e desempenho
O SWaP-C é um termo popular em pesquisa e desenvolvimento, bem como aplicações militares, que significa "tamanho, peso, potência e custo" (do inglês, "size, weight, power, and cost"). Aplicações de todos os tipos exigem dispositivos, sistemas e programas com um SWaP-C ideal. As aplicações de ITS não são diferentes. As câmeras ITS de baixo custo e de placa cresceram em popularidade nos últimos anos. No entanto, as câmeras que vêm em pacotes menores não são suficientes. Essas câmeras devem atingir um equilíbrio entre SWaP-C e desempenho. Para atingir esse equilíbrio, a Teledyne FLIR garante que todas as câmeras de placa sejam idênticas em termos de conjunto de recursos em comparação com as versões encapsuladas da câmera.
Figura 3: Apesar do design compacto, as câmeras de placa Teledyne FLIR oferecem os mesmos conjuntos de recursos que os pares delas com invólucro.
Uma tendência do ITS é envolver a implantação de câmeras de alta resolução para cobrir várias pistas em uma rodovia. Os integradores que anteriormente usavam câmeras de placa com sensores de imagem de baixa resolução, provavelmente, vão querer atualizar uma câmera de 1.3 MPixel para 8.9 MPixels ou 12 MPixels, por exemplo. Se a nova câmera não tiver o mesmo fator de forma que o do modelo anterior, no entanto, o integrador precisará projetá-la e certificá-la novamente. A Teledyne FLIR oferece câmeras de placa com o mesmo formato, em diversas resoluções, para que os integradores possam atualizar os sistemas com muito mais facilidade.
Mudança para os embutidos
Assim como no mercado de visão de máquina, no cenário de ITS há uma mudança em direção a sistemas embutidos com recursos de computação de borda em um design de formato pequeno e de baixo consumo de energia. A aplicação que pode ser lembrada primeiro quando pensamos em sistemas embutidos em ITS é a implantação no veículo, mas os sistemas embutidos podem se adequar a praticamente qualquer ITS ou aplicação para cidade inteligente.
Os integradores devem avaliar algumas das opções de hardware embutido mais populares para um possível ajuste. Por exemplo, as câmeras podem funcionar com os módulos embutidos Jetson TX2 ou Xavier da NVIDIA? Muitos aplicações de ITS envolvem algoritmos sofisticados e exigem um sistema capaz de processá-los.
Para esse fim, a Teledyne FLIR lançou a placa portadora Quartet™ para TX2. Especificamente personalizada para uso em ITS, ela permite que os clientes conectem diretamente quatro câmeras de placa USB3 ao TX2 sem a necessidade de hubs ou conversores. Cada conector na placa de alimentação via cabo coaxial tem barramento próprio; portanto, não precisa compartilhar largura de banda com outras conexões. Por exemplo, com a Quartet, os integradores podem implantar simultaneamente uma câmera colorida de alta resolução para contexto geral, uma câmera monocromática para ANPR/ALPR e uma câmera polarizada para ver através de para-brisas e, tudo isso, em um único sistema conectado.
Figura 4: Projetada para o Jetson TX2, a placa portadora Quartet pode se conectar a quatro câmeras onde houver espaço restrito.
As câmeras implantadas para uso em ITS devem ser capazes de lidar com a tarefa do ponto de vista físico. Para uso em veículos, os integradores devem considerar a capacidade da câmera de operar em temperaturas extremas, por exemplo. Embora muitas câmeras estejam integradas em uma caixa protetora para suportar o clima, as câmeras ainda precisam operar em temperaturas quentes (acima de 50 graus Celsius); a Teledyne FLIR garante que todos os seus modelos de câmera passaram com sucesso nos testes HALT [Highly Accelerated Life Testing (Teste de vida útil altamente acelerado)], garantindo que nenhuma falha de câmera ocorra de -30 a 80 graus Celsius.
Os integradores também precisam considerar choque e vibração ao escolher uma câmera. As câmeras devem estar em conformidade com as especificações do setor para choque e vibração para garantir a qualidade da imagem e confiabilidade do sistema a longo prazo. Ao comprar uma câmera, os integradores devem procurar saber em que tipo de teste ela passou. O teste de vibração realizado em câmeras Teledyne FLIR está documentado publicamente.
Em geral, as câmeras ITS devem ser extremamente confiáveis. Citando um chavão do mundo dos esportes, "a melhor habilidade é a disponibilidade." As câmeras devem ser capazes de executar as tarefas necessárias por um longo período sem mau funcionamento ou quebra e precisar de substituição. Todos os integradores de ITS conhecem o custo e o incômodo envolvidos na troca de câmeras em um sistema que já está implantado. Os integradores podem evitar a inconveniência e o constrangimento ao escolher câmeras de alta qualidade, que sejam comprovadamente testadas em um ambiente de ITS por muitos anos.
Utilização de marcação de data/hora e dados de GPS
As câmeras GigE Vision são populares para uso em ITS por vários motivos, incluindo a compatibilidade com cabos extremamente longos. Outro motivo, talvez um pouco menos conhecido, é a compatibilidade com o protocolo de tempo de precisão (Precision Time Protocol, PTP) IEEE 1588. Câmeras compatíveis com o PTP IEEE 1588 produzem imagens com marcação de data e hora com precisão no ponto de exposição. Além disso, o padrão fornece recursos avançados, como permitir que várias câmeras executem produção de imagem sincronizada com base em um comando interno baseado em tempo, sem a necessidade de acionamento externo.
Figura 5: O atraso do caminho é calculado e levado em conta na sincronização dos relógios entre dispositivos. O dispositivo primário envia dois sinais para o secundário em (1) e (2). Depois, o secundário envia um sinal de volta (3) e o atraso do caminho é calculado e aplicado para sincronizar os relógios (4).
Esse padrão é importante porque fornece a capacidade para sincronia com o hardware externo e incorporação de dados de GPS em fluxos de imagem. Um exemplo disso é a detecção precisa de veículos que violam o limite de velocidade (sem radar). A marcação de tempo de dois pontos diferentes pode ajudar a determinar se um veículo excedeu o limite de velocidade, e os tempos de imagem precisos de ambos os pontos também simplificarão a análise de velocidade de alta precisão.
A marcação de data/hora também é importante para a aplicação automática de pedágio instalada em pórtico. Uma marcação de data/hora imprecisa não produzirá uma imagem de todo o carro; a marcação de data/hora deve estar sincronizada para a aplicação do pedágio. Quando se trata de projeto de sistema, é preciso considerar a necessidade a marcação de data e hora antes da compra.
Obter o benefício pleno do sistema
Inevitavelmente, algumas câmeras disponíveis no mercado hoje acabarão falhando e causarão aborrecimento, sem mencionar perda de tempo, dinheiro, reputação e confiança pública. Ao avaliar câmeras, lembre-se de levar em conta a qualidade da imagem, a flexibilidade do hardware, os recursos incorporados, o design físico e a confiabilidade, e a importância da marcação de data/hora e dos dados de GPS. Ao levar em conta esses fatores, os integradores podem o benefício pleno do sistema.
A Teledyne FLIR oferece uma gama de câmeras industriais compactas e robustas que podem ser implantadas de forma confiável em vários projetos de ITS e abrangem necessidades de baixa resolução (1,3 MPixel) até necessidades de alta resolução (mais de 20 MPixels) para cobertura de diversas pistas. Entre em contato conosco hoje mesmo para saber como seu uso de ITS pode ser transformado por nossas câmeras, sejam elas prontas para uso ou personalizadas para necessidades específicas.
Figura 6: Câmeras como a Blackfly S da Teledyne FLIR aproveitam a mais recente tecnologia de sensor de imagem CMOS da linha Pregius e Pregius S da Sony.