Veicoli militari trattati con un tocco robotico

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La mimetizzazione nei veicoli militari con le Smart Cameras Matrox

Mimetizzare un oggetto significa nasconderlo in modo che si confonda con l’ambiente circostante. Per i militari è una necessità tattica e può fare la differenza tra il successo o il fallimento di un plotone, la vita o la morte di un soldato. Non c’è da stupirsi che i militari prendano molto sul serio la mimetizzazione. In particolare per i veicoli. Più di trent’anni fa, l’esercito statunitense ha stabilito politiche e procedure per mimetizzare i veicoli militari: camion di tutte le dimensioni e forme, rimorchi, furgoni, carri armati, carrelli elevatori, sistemi d’arma, trasportatori di moto d’acqua, persino camion dei pompieri e unità di depurazione dell’acqua.

I colori dell’uniforme di un soldato vengono scelti in base allo scenario di schieramento, e la stessa regola vale per la vernice di un veicolo. Il Commando delle Forze Speciali dei Marine degli Stati Uniti ha la responsabilità di garantire la gestione delle tre “R” dei veicoli militari presso i suoi depositi: riparazione, ristrutturazione, ricostruzione. Poiché i depositi funzionano come un garage su larga scala e non come un produttore di massa, i veicoli vengono ristrutturati in base alle attuali esigenze dell’esercito. Ad esempio, una jeep che era in servizio in una regione tropicale può essere verniciata in modo appropriato per le operazioni nel deserto. Ma i depositi sono sottoposti a notevoli pressioni per ridurre i costi e aumentare la produttività, e ridipingere un veicolo per mimetizzarlo è un’operazione manuale e quindi richiede molto lavoro e molto tempo. Matt Collins, vicepresidente di Vision Systems International (VSI) (Ann Arbor, MI) descrive il processo di mimetizzazione dei veicoli come una “operazione incredibilmente complessa”. “I motivi sono complessi e sono delineati con il gesso a mano prima che la vernice venga applicata, anche in questo caso manualmente”.

Dipingere un veicolo mimetizzato con la visione artificiale?

Ciò risulta davvero complicato! La palette della mimetizzazione contiene diversi colori approvati dall’esercito, tre dei quali saranno utilizzati su un veicolo in base allo scenario di spiegamento. Il colore di base viene applicato su tutta la superficie del veicolo e viene accentuato con due colori aggiuntivi nel motivo di mimetizzazione. Ogni HMMWV (High Mobility Multipurpose Wheeled Vehicle, veicolo a ruote multiuso ad alta mobilità, pronunciato “humvee”) ha un proprio motivo di mimetizzazione (CPP), e può essere configurato con un numero qualsiasi di “accessori”, cioè elementi che vengono aggiunti al veicolo base e non vengono rimossi durante il processo di ristrutturazione. “Questi accessori diventano oggetti che dobbiamo identificare e localizzare”, spiega Collins. L’assenza di standard precisi per i motivi da realizzare complica ancora di più le cose. “Non ci sono degli standard nei formati elettronici, come il CAD, e ciò rende le specifiche dei diversi motivi piuttosto labili e poco definite. Quando si automatizza un processo manuale, la mancanza di specificità crea molte sfide interessanti”, osserva Collins.

L’obiettivo di VSI era quello di sviluppare un sistema di visione in grado di controllare un robot per eseguire la maggior parte possibile del processo manuale. VSI voleva cioè che il robot dipingesse il motivo di mimetizzazione sul veicolo in questione. Con la tecnologia di visione artificiale, una telecamera smart e, naturalmente, un robot, Vision Solutions ha portato il progetto alla fase finale: la realizzazione di un nuovo impianto di verniciatura del deposito.

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VisionHub, come il sistema nervoso centrale

VisionHub è la piattaforma proprietaria di VSI che aggiunge funzionalità 3D ai sistemi di imaging 2D come quelli forniti dalle smart cameras. In VisionHub, la telecamera smart Matrox Iris P-300 assume il ruolo di un vero e proprio “occhio”. VisionHub utilizza i dati dell’immagine per identificare e determinare le informazioni sulla posizione (coordinate) dei vari tipi di veicoli e accessori e le converte in spazio tridimensionale. Con i dati di posizione calibrati per il telaio delle coordinate del robot, gli algoritmi 3D della VSI determinano le coordinate del veicolo e degli accessori. Successivamente, il robot si mette al lavoro e vernicia il veicolo secondo i modelli richiesti, che dipendono dalle dimensioni del veicolo, dalla forma, dal tipo di modello e dal mix di accessori.

La cella di lavoro è sottoposta a un’illuminazione a luce strutturata (SLI), un metodo di proiezione di modelli di luce su un oggetto per generare un’immagine 3D. Gli algoritmi SLI personalizzati di VSI analizzano il modo in cui le barre luminose a strisce si piegano intorno ai contorni del veicolo per generare i dati dell’immagine 3D. “Consideriamo la nostra libreria di luci strutturate superiore a qualsiasi altra disponibile sul mercato”, afferma Collins. “Quindi, essere in grado di caricare il nostro algoritmo era importante per noi. L’architettura Matrox Iris ci permette di caricare i nostri algoritmi direttamente sulla telecamera smart. Inoltre, abbiamo anche il vantaggio dell’elaborazione in parallelo”

Le sfide

“L’esercito dispone di una vasta flotta di veicoli”, afferma Collins. “Abbiamo quindi dovuto progettare il nostro sistema tenendo conto di un gran numero di modelli di veicoli, nonché di un gran numero di varianti all’interno di un modello. È stata una grande sfida per noi” Collins ha anche capito che affinché i militari potessero sfruttare l’efficienza del sistema, era essenziale la creazione rapida di modelli 2D e 3D. “Il sistema di visione e il robot devono condividere una struttura di coordinate comune in modo che l’interpretazione dei dati forniti dal sistema di visione sia ovvia e intuitiva per il programmatore del robot. Siamo riusciti ad ottimizzare la fase di calibrazione per renderla facile, veloce e automatica”. Con la telecamera smart VisionHub e Matrox Iris, il processo di calibrazione richiede solo pochi minuti e può essere eseguito senza l’utilizzo di una strumentazione esterna, come ad esempio i teodoliti (uno strumento di metrologia ottica). Prima di VisionHub, la creazione dei modelli di visione 2D e 3D poteva richiedere diverse ore, ma dopo l’implementazione del sistema il compito può essere eseguito in pochi minuti. Collins afferma: “Creare modelli 3D che rappresentino il veicolo e i suoi componenti può essere un compito molto impegnativo. Ciò è particolarmente vero quando i modelli vengono creati a partire da dati ottenuti da più telecamere. Abbiamo ridotto notevolmente i tempi di configurazione, grazie all’utilizzo di algoritmi intelligenti per automatizzare il processo di configurazione”.

Perché integrare con un sistema Matrox Imaging?

VSI ha realizzato alcuni dei suoi obiettivi di progettazione scegliendo la piattaforma di telecamere smart Matrox Iris. In primo luogo, l’azienda ritiene che il loro sistema fornisca capacità 3D ad un prezzo di mercato molto competitivo: “Le telecamere smart Matrox sono un’eccellente proposta di valore”, afferma Collins. “Forniscono capacità di imaging di qualità e la possibilità di aggiungere algoritmi proprietari a valore aggiunto in modo molto semplice. E possiamo averla a un prezzo molto più basso rispetto alle altre telecamere con cui lavoriamo di solito”. Sebbene Collins non utilizzi ancora la Matrox Imaging Library (MIL), spera di integrare le funzionalità MIL in futuro. “L’accesso a questa libreria a un prezzo ragionevole è uno dei fattori che determinano la scelta della telecamera. Gli strumenti di correlazione e di elaborazione geometrica, in particolare, sono molto interessanti e possono essere attuati con l’ampliamento delle funzionalità del sistema”, spiega.

I componenti compatti e l’architettura basata sulla rete sono un altro componente chiave nella progettazione del sistema. I componenti sono collegati solo attraverso cavi di alimentazione e cavi Ethernet, riducendo la possibilità di guasti di sistema dovuti ai punti di connessione. “Abbiamo anche la capacità di fornire configurazioni fail-safe”, afferma Collins. “Il che significa che il sistema può continuare a funzionare nonostante si verifichino alcuni guasti”. E anche se il sistema è caratterizzato da un ingombro ridotto delle apparecchiature e da un numero ridotto di connessioni via cavo, la scalabilità non è limitata. L’architettura incentrata sulla rete si traduce in un percorso di aggiornamento in cui i costi e le prestazioni sono scalabili in modo molto più lineare rispetto ad altre architetture; ciò significa che i costi associati all’aggiunta di nuovi veicoli al gruppo di modelli sono molto più prevedibili.

Al momento della stampa, il piano attuale prevede di incorporare il sistema di visione in uno dei sistemi di verniciatura automatica proposti dal deposito militare. VSI rilascerà il prodotto anche per applicazioni non militari.

Immagine per gentile concessione di VSI.