Kamerasensor Pixy 2.1: Unterschied zwischen den Versionen

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[[Kategorie:Arduino]]
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[[Datei:Kamerasensor-pixy2-v21.jpg|thumb|rigth|300px|Abb. 1: Pixy2.1 Kamerasystem]]
[[Datei:Kamerasensor-pixy2-v21.jpg|thumb|rigth|300px|Abb. 1: Kamerasystem Pixy 2.1]]
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| '''Autor:'''  || [[Benutzer:Ulrich_Schneider| Prof. Dr.-Ing. Schneider]]
| '''Autor:'''  [[Benutzer:Ulrich_Schneider| Prof. Dr.-Ing. Schneider]]
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= Einleitung =
= Einleitung =
Im Zuge des Digitalen Signal- und Bildverarbeitungspraktikum sollte eine Kamerahalterung für die Kamera des Typs: "Pixy2.1" entworfen, 3D gedruckt und getestet werden.
Die Pixy 2.1 ist ein embedded Machine-Vision-Modul, das speziell für Anwendungen in der Robotik, der industriellen Automatisierung und der ingenieurwissenschaftlichen Ausbildung entwickelt wurde. Sie kombiniert einen schnellen CMOS-Bildsensor mit einem leistungsfähigen ARM-Mikrocontroller, der farbbasierte Objekterkennung, Linienverfolgung und Marker-Identifikation in Echtzeit ausführt. Durch die on-board Bildverarbeitung wird externe Rechenleistung weitgehend überflüssig, was die Integration in mobile Roboterplattformen, autonome Fahrsysteme, Greifersteuerungen und mechatronische Prüfstände erleichtert. Die Pixy 2.1 unterstützt eine Vielzahl von Schnittstellen wie SPI, I²C, UART und USB und kann dadurch sowohl in Industrie-Steuerumgebungen als auch in universitären Lehr- und Forschungsprojekten eingesetzt werden. Aufgrund ihrer deterministischen Ausgabe, hohen Bildrate und einfachen Kalibrierung wird sie häufig für prototypische Regelungsaufgaben, Echtzeit-Tracking, Lehrlabore und demonstrationsorientierte Robotikprojekte genutzt.


= Durchführung =
== Geschichte ==
[[Datei:Kamerahalterung_Pixy_SW.png|thumb|rigth|200px|Abb. 2: Kamerahalterung in Solidworks]]
Die Pixy-Kameraserie entstand aus einem Open-Source-Forschungsprojekt mit dem Ziel, eine leicht einsetzbare und performante Vision-Einheit für Mikrocontroller bereitzustellen. Nach der ersten Pixy-Version wurde die Pixy 2 im Jahr 2017 vorgestellt. Die Pixy 2.1 entwickelte diese Plattform technisch weiter und verbesserte unter anderem Optik, Robustheit und Kompatibilität mit verbreiteten Robotiksystemen.
Die Prismahalterung des Alphabots wurde mit einem Messschieber vermessen um die möglichen Montagepunkte der Kamerahalterung zu vermessen. Danach wurde die Platine mit ihren Montagelöchern, auf welcher die Kamera verbaut ist vermessen (siehe Abbildung 1). Anhand dieser Maße wurde die Kamerahalterung Konstruiert (siehe Abbildung 2).
<br> Für die Herstellung dieser Kamerahalterung werden 3x M3-Gewindeeinsätze benötigt.
Datei: [https://svn.hshl.de/svn/MTR_SDE_Praktikum/trunk/_Semesterordner/SS2025/Sprint_3/Pixy2/Pixy2_Halterung_Gewindeeinsätze_3.8mm <code>Pixy2_Halterung_Gewindeeinsätze_3.8mm</code>]


= Halterung für den AlphaBot  =
=Technische Eigenschaften=
'''Montage der Pixy2.1-Halterung:''' 
==Hardware==
<br> Schritt 1: Befestige die Kameraplatine mit 3 kurzen M3-Schrauben an den Gewindeeinsätzen der Kamerahalterung.
*Bildsensor: CMOS-Farbsensor mit kontinuierlicher Bildaufnahme
<br> Schritt 2: Löse die beiden Schrauben der Prismahalterung, auf der IR-Sensor Seite.
*Verarbeitungseinheit: 32-Bit ARM-Mikrocontroller mit integrierter Vision-Pipeline
<br> Schritt 3: Lege die Kamerahalterung mit dem Quersteg über die Bohrungen der Prismahalterung.
*Beleuchtung: Integrierte LED-Leuchten zur Verbesserung des Kontrasts bei niedriger Umgebungshelligkeit
<br> Schritt 4: Schraube die beiden M3-Schrauben durch die Kamerahalterung und die Prismahalterung in die Gewinde der Distanzhülsen.
*Optik: Wechselbares oder einstellbares Objektiv (je nach Modell)


[https://docs.pixycam.com/wiki/doku.php?id=wiki:v2:assembling_pantilt_mechanism Hier] gibt es als Beispiel eine gute bebilderte Anleitung (Bild 11-13).
==Software und Algorithmen==
{| class="wikitable"
Die Pixy 2.1 verwendet verschiedene auf dem Modul implementierte Verfahren:
|+ style="text-align:left;"| Tabelle 1: Anforderung an die Halterung
*Farbbasierte Objekterkennung mit segmentbasierter Klassifizierung
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*Linienverfolgung („line tracking“) inklusive Erkennung von Kreuzungen und Kurven
! Req. !! Beschreibung !! Priorität
*Code- oder Marker-Erkennung für Navigations- und Identifikationsaufgaben
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*Parametersteuerung über Konfigurationssoftware (PixyMon)
| 1 || Das Prisma muss der höchste Punkt der Halterung sein. || 1
 
|-
[[Datei:WikiLink.png|20px]] [[Inbetriebnahme der Pixy 2.1 mit Simulink]]
| 2 || Der Nickwinkel der Kamera muss einstellbar sein. || 1
 
|-
Die Treiber und Arduino IDE Beispiele finden Sie hier:
| 3 || Die Kamera muss an den Arduino Plus des AlphaBot angeschlossen werden. || 1
<code>https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Arduino/ArduinoLibOrdner</code>
|-
Checken Sie den SVN Ordner in den Lokalen Arduino Ordner aus z.&thinsp;B.
| 4 || Die Kabel müssen zugentlastet werden. || 1
<code>c:\Users\HSHL-User\Documents\Arduino\libraries\</code>
|-
Hierfür müssen Sie in die SVN-Gruppe <code>ArduinoLibrary</code> eingetragen sein.
| 5 || Die Perspektive (Höhe der Kamera) muss die Spurerkennung ermöglichen. || 1
 
|-
== Schnittstellen ==
| 6 || Die Kamerahalterung muss Kamera-Schwingungen bei der Fahrt verhindern. ||1
 
|}
Die Pixy 2.1 unterstützt mehrere Kommunikationsprotokolle:
*SPI
*I²C
*UART
* USB für Konfiguration und Datenübertragung
 
Diese Schnittstellen ermöglichen die Integration in eine Vielzahl von Systemen, darunter Mikrocontroller (Arduino, STM32), Einplatinencomputer (Raspberry Pi) und autonome Robotikplattformen.
 
=Anwendungsbereiche=
'''Robotik'''
 
In mobilen und stationären Robotikanwendungen dient die Pixy 2.1 zur Navigation, Objektverfolgung, Greifersteuerung und Interaktion mit der Umgebung. Die geringe Latenz erlaubt den Einsatz in Regelkreisen und Reaktionssystemen, die Echtzeitfähigkeit erfordern.
 
'''Industrietechnik'''
 
In prototypischen oder lehrorientierten Automatisierungsumgebungen wird die Kamera für einfache visuelle Erkennungsaufgaben, Sortiermechanismen, optische Markierungen und Bewegungsanalyse verwendet. Sie findet typischerweise in Testaufbauten und Laborprüfständen Anwendung.
 
'''Hochschullehre und Ausbildung'''
 
Aufgrund ihrer einfachen Bedienbarkeit und breiten Kompatibilität gehört die Pixy 2.1 zu den häufig verwendeten Vision-Systemen in Lehrlaboren der Elektrotechnik, Informatik, Mechatronik und Robotik. Sie wird sowohl für Grundlagenpraktika als auch für studentische Forschungsprojekte eingesetzt.
 
=Vergleich mit Vorgängerversionen=
 
Gegenüber der Pixy 1 bietet die Pixy 2.1:
* verbesserte Linienverfolgung
* optimierte Optik und Beleuchtung
* schnellere Algorithmen für Segmenterkennung
* kompaktere Bauform und bessere Montageoptionen


{| class="wikitable"
= Quellen =
|+ style="text-align:left;"| Tabelle 2: Erfüllung der Anforderungen
* [https://charmedlabs.com/default/introducing-pixy-2-1/ Charmed Labs: Introducing Pixy 2.1]
|-
* [https://docs.pixycam.com/ Charmed Labs: Dokumentation der Pixy-Kamerasysteme]
! Req. !! Beschreibung !! Erfüllungsgrad
* [https://docs.pixycam.com/wiki/doku.php?id=wiki:v2:start Charmed Labs: Dokumentation der Pixy 2]
|-
* [https://docs.pixycam.com/wiki/doku.php?id=wiki:v2:pixy_regular_quick_start Charmed Labs: Quick Start für Pixy 2]
| 1 || Das Prisma muss der höchste Punkt der Halterung sein. || ✓
* [https://docs.pixycam.com/wiki/doku.php?id=wiki:v2:hooking_up_pixy_to_a_microcontroller_-28like_an_arduino-29 Charmed Labs: Hooking up Pixy to a Microcontroller (like an Arduino)]
|-
* [https://docs.pixycam.com/wiki/doku.php?id=wiki:v2:install_pixymon_on_windows_vista_7_8 Charmed Labs: Installing PixyMon on Windows Vista, 7, 8, 10, or 11]
| 2 || Der Nickwinkel der Kamera muss einstellbar sein. || ✕
* [https://docs.pixycam.com/wiki/doku.php?id=wiki:v2:uploading_new_firmware Charmed Labs: Uploading new firmware]
|-
| 3 || Die Kamera muss an den Arduino Plus des AlphaBot angeschlossen werden. || ✕
|-
| 4 || Die Kabel müssen zugentlastet werden. || ✕
|-
| 5 || Die Perspektive (Höhe der Kamera) muss die Spurerkennung ermöglichen. || ✓
|-
| 6 || Die Kamerahalterung muss Kamera-Schwingungen bei der Fahrt verhindern. ||✕
|}


= Bezugsmöglichkeiten der Kamera in Deutschland =
= Bezugsmöglichkeiten der Kamera in Deutschland =
Zeile 65: Zeile 80:
*https://botland.de/kameras-fur-arduino-und-raspberry-pi/12375-pixycam-kamera-ver-2-cmucam5-intelligenter-bildsensor-sparkfun-sen-14678-700600596537.html
*https://botland.de/kameras-fur-arduino-und-raspberry-pi/12375-pixycam-kamera-ver-2-cmucam5-intelligenter-bildsensor-sparkfun-sen-14678-700600596537.html
*https://eu.robotshop.com/de/products/charmed-labs-pixy-21-robot-vision-bildsensor?gad_source=1&gclid=Cj0KCQjww-HABhCGARIsALLO6Xy2TEgTqN4JVvJf6YqBtPD8_PfjIOQlUOwpQlNeIK0fkrXZerFZxboaAqmIEALw_wcB
*https://eu.robotshop.com/de/products/charmed-labs-pixy-21-robot-vision-bildsensor?gad_source=1&gclid=Cj0KCQjww-HABhCGARIsALLO6Xy2TEgTqN4JVvJf6YqBtPD8_PfjIOQlUOwpQlNeIK0fkrXZerFZxboaAqmIEALw_wcB
= Weiterführende Links =
* [[AlphaBot: Kamerahalterung für die Pixy 2.1]]
* [[Inbetriebnahme der Pixy 2.1 mit Simulink]]

Aktuelle Version vom 26. November 2025, 07:35 Uhr

Abb. 1: Kamerasystem Pixy 2.1
Autor: Prof. Dr.-Ing. Schneider

Einleitung

Die Pixy 2.1 ist ein embedded Machine-Vision-Modul, das speziell für Anwendungen in der Robotik, der industriellen Automatisierung und der ingenieurwissenschaftlichen Ausbildung entwickelt wurde. Sie kombiniert einen schnellen CMOS-Bildsensor mit einem leistungsfähigen ARM-Mikrocontroller, der farbbasierte Objekterkennung, Linienverfolgung und Marker-Identifikation in Echtzeit ausführt. Durch die on-board Bildverarbeitung wird externe Rechenleistung weitgehend überflüssig, was die Integration in mobile Roboterplattformen, autonome Fahrsysteme, Greifersteuerungen und mechatronische Prüfstände erleichtert. Die Pixy 2.1 unterstützt eine Vielzahl von Schnittstellen wie SPI, I²C, UART und USB und kann dadurch sowohl in Industrie-Steuerumgebungen als auch in universitären Lehr- und Forschungsprojekten eingesetzt werden. Aufgrund ihrer deterministischen Ausgabe, hohen Bildrate und einfachen Kalibrierung wird sie häufig für prototypische Regelungsaufgaben, Echtzeit-Tracking, Lehrlabore und demonstrationsorientierte Robotikprojekte genutzt.

Geschichte

Die Pixy-Kameraserie entstand aus einem Open-Source-Forschungsprojekt mit dem Ziel, eine leicht einsetzbare und performante Vision-Einheit für Mikrocontroller bereitzustellen. Nach der ersten Pixy-Version wurde die Pixy 2 im Jahr 2017 vorgestellt. Die Pixy 2.1 entwickelte diese Plattform technisch weiter und verbesserte unter anderem Optik, Robustheit und Kompatibilität mit verbreiteten Robotiksystemen.

Technische Eigenschaften

Hardware

  • Bildsensor: CMOS-Farbsensor mit kontinuierlicher Bildaufnahme
  • Verarbeitungseinheit: 32-Bit ARM-Mikrocontroller mit integrierter Vision-Pipeline
  • Beleuchtung: Integrierte LED-Leuchten zur Verbesserung des Kontrasts bei niedriger Umgebungshelligkeit
  • Optik: Wechselbares oder einstellbares Objektiv (je nach Modell)

Software und Algorithmen

Die Pixy 2.1 verwendet verschiedene auf dem Modul implementierte Verfahren:

  • Farbbasierte Objekterkennung mit segmentbasierter Klassifizierung
  • Linienverfolgung („line tracking“) inklusive Erkennung von Kreuzungen und Kurven
  • Code- oder Marker-Erkennung für Navigations- und Identifikationsaufgaben
  • Parametersteuerung über Konfigurationssoftware (PixyMon)

Inbetriebnahme der Pixy 2.1 mit Simulink

Die Treiber und Arduino IDE Beispiele finden Sie hier: 

https://svn.hshl.de/svn/Informatikpraktikum_1/trunk/Arduino/ArduinoLibOrdner

Checken Sie den SVN Ordner in den Lokalen Arduino Ordner aus z. B. 

c:\Users\HSHL-User\Documents\Arduino\libraries\

Hierfür müssen Sie in die SVN-Gruppe ArduinoLibrary eingetragen sein.

Schnittstellen

Die Pixy 2.1 unterstützt mehrere Kommunikationsprotokolle:

  • SPI
  • I²C
  • UART
  • USB für Konfiguration und Datenübertragung

Diese Schnittstellen ermöglichen die Integration in eine Vielzahl von Systemen, darunter Mikrocontroller (Arduino, STM32), Einplatinencomputer (Raspberry Pi) und autonome Robotikplattformen.

Anwendungsbereiche

Robotik

In mobilen und stationären Robotikanwendungen dient die Pixy 2.1 zur Navigation, Objektverfolgung, Greifersteuerung und Interaktion mit der Umgebung. Die geringe Latenz erlaubt den Einsatz in Regelkreisen und Reaktionssystemen, die Echtzeitfähigkeit erfordern.

Industrietechnik

In prototypischen oder lehrorientierten Automatisierungsumgebungen wird die Kamera für einfache visuelle Erkennungsaufgaben, Sortiermechanismen, optische Markierungen und Bewegungsanalyse verwendet. Sie findet typischerweise in Testaufbauten und Laborprüfständen Anwendung.

Hochschullehre und Ausbildung

Aufgrund ihrer einfachen Bedienbarkeit und breiten Kompatibilität gehört die Pixy 2.1 zu den häufig verwendeten Vision-Systemen in Lehrlaboren der Elektrotechnik, Informatik, Mechatronik und Robotik. Sie wird sowohl für Grundlagenpraktika als auch für studentische Forschungsprojekte eingesetzt.

Vergleich mit Vorgängerversionen

Gegenüber der Pixy 1 bietet die Pixy 2.1:

  • verbesserte Linienverfolgung
  • optimierte Optik und Beleuchtung
  • schnellere Algorithmen für Segmenterkennung
  • kompaktere Bauform und bessere Montageoptionen

Quellen

Bezugsmöglichkeiten der Kamera in Deutschland

Weiterführende Links

Abgerufen von „https://wiki.hshl.de/wiki/index.php?title=Kamerasensor_Pixy_2.1&oldid=142368“