Sistemi di rilevamento intelligenti basati su visione

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I sistemi di rilevamento basati su visione hanno molteplici applicazioni. Una vera e propria esplosione c’è stata nell’ambito dell’automazione degli edifici. L’aspetto forse più immediato è quello relativo alla sicurezza, in tutte le sue forme; c’è necessità di efficienti sistemi antiintrusione, oppure di distributori automatici di cibi e bevande, bancomat o altro, dotati dell’intelligenza necessaria a rilevare manomissioni e tentativi di furto. C’è poi il bisogno di monitorare gli accessi, persone che entrano ed escono dagli edifici, ed avere un conteggio aggiornato delle presenze. Stesso discorso per i parcheggi, per avere il quadro delle vetture presenti e dei posti ancora disponibili, sia nel numero che nella posizione. Ma non solo, questi sistemi possono anche aiutare a raggiungere gli obiettivi di risparmio energetico mediate la gestione intelligente di illuminazione e condizionamento degli edifici, asservendoli all’effettiva presenza umana.


Metodi di rilevamento
Le tecnologie al servizio del rilevamento sono fondamentalmente quattro. I sensori passivi a infrarosso o Pir (Passive InfraRed), i sensori a microonde, i sensori a ultrasuoni, le videocamere e sensori di visione. I primi tre possono essere classificati sotto il nome di sensori volumetrici, ovvero di sensori in grado di rilevare le variazioni all’interno di una determinata area (variazioni di temperatura, oggetti in movimento, spostamenti d’aria), in contrapposizione ai sistemi di visione. Ci sono pro e contro nell’utilizzo delle diverse tecnologie, ma in ultima analisi è il rapporto costi – prestazioni, in relazione alla specifica applicazione, a determinare la scelta. Se l’area da monitorare non è estesa e richiede l’uso di pochi punti di rilevamento allora i sensori volumetrici possono essere una scelta conveniente. Tuttavia, anche in casi semplici, i sistemi di visione potrebbero essere la scelta più adeguata. Questi ultimi infatti sono indubbiamente superiori in termini di copertura della distanza e del campo visivo, sono meno sensibili al rumore e alle interferenze, sono in grado di rilevare più oggetti contemporaneamente e di tracciarne i movimenti, e, se dotati degli opportuni algoritmi, possono classificare e identificare gli oggetti. A fronte di un costo per singolo punto più elevato, a livello di sistema potrebbero risultare più convenienti. Ad esempio, se si vogliono monitorare i posti in un parcheggio privato, c’è la necessita di disporre di un singolo sensore volumetrico per ogni posto, mentre con un sistema di visione è possibile monitorare più posti contemporaneamente. Inoltre, il sistema di visione potrebbe essere corredato di un algoritmo per il riconoscimento della targa che consentirebbe la localizzazione della propria vettura in modo rapido ed efficace.

La piattaforma Blip
Blip e l’acronimo di Blackfin Low power Imaging Platform ed è una piattaforma per sistemi di visione basata sulla nuova famiglia di Dsp Blackfin BF70x. Grazie alla potenza del Dsp è in grado di effettuare analisi in tempo reale delle immagini catturate dal sensore. Il sistema può interfacciarsi a due diversi sensori; l’OVM7682 della Omnivision, una video camera con risoluzione Vga, e l’ASX340 di Aptina, un sensore Cmos con risoluzione Wvga. Si tratta di due sensori molto diffusi sul mercato, con un ottime prestazioni e ad un costo accessibile. La scheda è provvista di una memoria Lpddr e, tramite interfacce seriali Spi e Usb, può interfacciarsi in maniera semplice ed immediata con l’esterno. Infine il sistema provvede anche l’architettura ottimale per la gestione della potenza. Blip costituisce a tutti gli effetti una piattaforma di sviluppo, provvista di una Gui semplice e intuitiva per una valutazione rapida delle prestazioni. Il sistema è corredato anche di una libreria software per l’analisi avanzata delle immagini consentendo così di effettuare svariate funzioni, tra cui il rilevamento intelligente dei movimenti; il conteggio delle persone; il rilevamento dei veicoli; il riconoscimento facciale. Grazie a queste caratteristiche la piattaforma Blip riduce drasticamente la mole di dati trasmessa all’elaboratore centrale semplificando così l’architettura del sistema.

Il cuore della piattaforma
Il cuore della piattaforma è un Dsp della famigla Blackfin, BF70x, un processore a 32 bit, fixed point, l’ultimo in ordine di tempo rilasciato dall’Analog Devices. Il dispositivo è realizzato in tecnologia 40nmLP e utilizza il nuovo core Enhanced Blackfin+. Questo core è in grado di effettuare operazioni matematiche avanzate a 16 e 32 bit con una frequenza di clock a 400 MHz, con prestazioni pari a 800 Mmac a 16 bit e 400 Mmac a 32 bit. Uno degli obiettivi principali nello sviluppo di questa nuova famiglia è stato il basso consumo di potenza, e con soli 95 mW a 400 MHz è il processore a più basso consumo dell’intera famiglia Blackfin. Un’altra peculiarità di questo potente Dsp è la memoria interna, che comprende una memoria di primo livello (L1) di 64KB per i programmi, 64KB per i dati e 8KB configurati come scratchpad. La memoria interna Sram di secondo livello (L2) è disponibile nei tagli 128KB, 256KB, 512KB e 1MB, ed è provvista di codice per la correzione degli errori. La memoria L2 si completa con 512KB di Rom che, a richiesta, può essere programmata su misura per l’applicazione dell’utente. È infine prevista un’interfaccia verso una memoria di terzo livello (L3) esterna, del tipo 16 bit - Lpddr e Ddr2 (fino a 200 MHz). Al fine di preservare l’integrità e la riservatezza dei dati e dai programmi il dispositivo è dotato di una funzione Security Crypto Engine. A livello di periferiche il Dsp è dotato degli standard di comunicazione maggiormente utilizzati in ambito industriale. Abbiamo le classiche linee di comunicazione seriale Uart, Spi, I2C, la QuadSpi, gli standard Can e Usb e le linee di comunicazione seriale ad alta velocità Sport, che possono emulare l’I2S, utilizzata principalmente nelle applicazioni Audio. Per le applicazioni Video, e per tutte quelle applicazioni che richiedono un’interfaccia parallela, è disponibile la porta Ppi (Parallel peripheral interface) a 18 bit. La porta Msi (Mobile storage interface) permette la connessione a dispositivi di memoria mobili del tipo SD/Sdio/Mmc/eMmca 4 bit o 8 bit. Infine è disponibile anche un Adc a 4 canali, 12 bit, per la lettura degli housekeeping analogici.

Pacchetti software per una soluzione completa
Oltre alla piattaforma hardware, Analog Devices fornisce una serie di pacchetti software certificati, per velocizzare lo sviluppo e consentire ai propri clienti di essere presenti sul mercato il più rapidamente possibile. Sono disponibili sul sito, senza oneri aggiuntivi, tutta una serie di driver, protocolli, librerie e soluzioni software al servizio degli sviluppatori. Tra i pacchetti dedicati specificatamente all’elaborazione delle immagini si segnalano: Blackfin Image Processing Toolbox, Blackfin Video Occupancy Sensor, Blackfin Vision Analytics Toolbox, Blackfin Video Content Analysis Toolbox. L’uso di questi pacchetti consente di sviluppare in maniera rapida sistemi di rilevamento basati su visione in grado di funzionare in maniera affidabile in ambienti soggetti a diversi tipi di interferenze, che potrebbero dare origine a falsi allarmi. Gli algoritmi sono stati sviluppati e testati per poter funzionare in condizioni critiche e dare i migliori risultati.

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