플라잉 아이 (flying eye)

이 초소형 비행체 (MAV; micro air vehicle)는 재난 지역을 비행하고 - 지진 지역, 침수된 도시, 또는 불타고 있는 공장까지도 - 실시간으로 지도를 제공하여 구조 팀이 즉시 임무 계획을 도울 수 있습니다. 멀티콥터는 자율적으로 동작합니다. 동작 영역은 기존의 지리 참조 위성 이미지를 사용하여 정의됩니다. 지역의 크기와 필요한 지상 해상도에 따라 웨이포인트(waypoint) 목록이 자동으로 생성됩니다. 그런 다음, 멀티콥터는 GNSS 기술 (Global Navigation Satellite System) 또는 GPS를 사용하여 비행합니다. 멀티콥터도 자동으로 이착륙합니다.

"고전" 비전 시스템은, USB, GigE 또는 FireWire를 통해 데스크탑 PC 또는 박스 PC에 연결된 산업용 카메라로 구성됩니다; 실질적인 이미지 처리는 적절한 머신 비전 소프트웨어에 의해 컴퓨터에서 수행되며, 만약 적용 가능하다면 다른 구성 요소들은 어플리케이션 내에서 관리됩니다. 이 유형의 설정은 공간이 필요하고, 비교적 비싸며, 궁극적으로 불필요한 많은 기능들을 제공합니다. 단일-보드 컴퓨터에 기반하고 오픈 소스 운영 시스템과 연계하여 사용되는 임베디드 비전 시스템은, 매우 컴팩트할 수 있지만 유연하게 프로그래밍할 수 있으며 일반적으로 구현 비용이 저렴합니다. USB 인터페이스가 포함된 보드 레벨 카메라는, ARM-기반 단일-보드 컴퓨터와 완벽하게 팀을 구성할 수 있습니다. 이들은 충분한 처리 능력을 제공하고, 전력을 거의 소비하지 않으며, 다양한 폼 팩터들로 제공되고, 이 폼 팩터들 중 대부분은 매우 작고 100유로 미만으로 구입할 수 있습니다. 예를 들어 저명한 Raspberry Pi를 예로 들어 보겠습니다.

AKAMAV는 크기가 83 x 60mm에 불과한 작지만 매우 강력한 ODROID-XU4 보드를 활용하고, 8 코어 ARM CPU가 있으며 Linux에서 실행됩니다. 그러나 단일-보드 컴퓨터에는 모든 필수 인터페이스 (예: GigE, USB 2.0 및 USB 3.0 포함)를 가지며, USB 인터페이스를 통해 항공기 시스템의 자동 조종 장치에 연결됩니다. 컴퓨터는 이 데이터 링크를 통해 상태 정보를 수신할뿐만 아니라, 위도와 경도에 따른 현재 위치, 기압 고도(barometric altitude) 및 기준 타원체 위의 높이에 대한 정보도 수신합니다.

카메라

이미지는 IDS uEye LE 시리즈의 보드 카메라로 캡처됩니다. USB 3.0 커넥터가 포함된 산업용 카메라의 보드 레벨 버전은, 크기가 36 x 36mm에 불과하지만, 모든 필수 기능을 제공합니다. 최신 세대의 onsemi 및 e2v CMOS 센서와 함께 사용할 수 있으며, 최대 18메가픽셀의 해상도를 지원합니다. 5V 전원 공급 장치, 트리거 및 플래시, 2개의 GPIO들, 주변 장치 제어를 위한 I²C 버스가 포함된 8핀 커넥터는 거의 무제한의 연결과 높은 유연성을 보장합니다.

항공기(aircraft)와 관제소(control station) 간에 무선 연결되어 있으면, 스티칭 프로세스를 지상에서 실시간으로 추적할 수 있습니다. 일단 맵핑 프로세스가 완료되면, 멀티콥터가 무선 범위 내이면 원격으로 완성된 지도에 액세스하거나, 지도를 외부 데이터 저장 매체에 복사하여 멀티콥터가 착륙하면 배포할 수 있습니다.

소프트웨어

머신 비전 기술은 오픈 소스 컴퓨터 비전 라이브러리 OpenCV 및 C++를 사용하여 AKAMAV 팀에 의해 구현되었습니다. "여기서 문제는 실시간 요구 사항이므로, 소프트웨어는 가능한 한 강력해야 하고, 이는 하나의 고급 언어만 고려할 가치가 있기 때문입니다. OpenCV는, 지난 몇 년 동안 연구 분야에서 머신 비전의 표준이 되었으며, 이미지 분석 또는 머신 비전을 위한 모든 종류의 인상적인 기능들을 포함하고 있습니다"라고 AKAMAV 학생 작업 그룹의 Mario Gäbel은 강조합니다.

카메라는 uEye API를 사용하여 통합됩니다. API는 모든 비전 어플리케이션에서 핵심적인 역할을 합니다. 이는 카메라의 기능을 얼마나 쉽게 사용할 수 있는 지는 물론, 카메라의 잠재력을 얼마나 잘 활용할 수 있는 지를 결정하기 때문입니다. IDS는, 특히 임베디드 비전 어플리케이션 개발자가 엄청난 이점을 얻을 수 있는 자체 "표준"에 관한 한 가지 주요 이점을 제공합니다: 결국, 어떤 제조업체의 카메라를 사용하는지, 어떤 인터페이스 기술 (USB 2.0, USB 3.0 또는 GigE)이 필요한지, 데스크탑 또는 임베디드 플랫폼 중 어떤 것이 사용되는지는 중요하지 않습니다 - uEye API는 항상 동일합니다.

이를 통해 카메라 또는 플랫폼의 상호 교환이 용이하게 하는 것은 물론, 개발자가 데스크탑 PC에서 프로젝트 작업을 수행하고 나중에 코드를 수정하지 않고도 시간을 쓸 필요 없이 임베디드 컴퓨터에서 이 프로젝트를 1:1로 사용할 수 있습니다. 카메라를 통합 및 Halcon과 같은 제3자 머신 비전 소프트웨어에 대해 적응하기 위한 프로세스는, 임베디드 플랫폼에서 데스크탑 환경과 완전히 동일합니다.

IDS의 자체 소프트웨어 개발 키트의 일부이기도 한 uEye Cockpit과 같은 특수 도구도, 프로그래밍 노력의 양을 줄입니다. "프로그래밍 대신 설정"이라는 모토에 기반하여, 몇 번의 클릭만으로 데스크탑 PC에서 카메라를 사전 설정할 수 있습니다. 설정이 저장되고 나중에 임베디드 비전 어플리케이션으로 쉽게 로딩될 수 있습니다. 특히 임베디드 부문에서, 크로스 컴파일링을 통한 프로그래밍은 일반적으로 매우 시간이 많이 걸리며, 디스플레이 및 키보드 포트가 없어서 장치 자체에 연결된 카메라를 설정하는 데 사용할 수 있는 옵션이 없는 경우가 많습니다. 특히 이와 같은 상황에서, uEye Cockpit에서 카메라 설정을 사전 설정하는 옵션은 대단히 귀중한 가치를 가집니다.