Mono-Vision für ein autonomes Fahrzeug

Abb. 1: Basler GigE Vision System

Autor:	Nils Koch
Modul:	Projektarbeit, MTR-B-2-6.01
Starttermin:	29.01.2024
Abgabetermin:	31.05.2024
Prüfungsform:	Modulabschlussprüfung als Hausarbeit (Praxisbericht, Umfang 30-50 Seiten Textteil)
Betreuer:	Prof. Dr.-Ing. Schneider, Tel. 806
Mitarbeiter:	Marc Ebmeyer, Tel. 847

Einführung

Für das SDE Praktikum werden drei autonome Fahrzeuge im Maßstab 1:10 aufgebaut. Zwei davon verfügen bereits über dieselbe Kamera (). Da diese nicht mehr lieferbar ist, wird das dritte Fahrzeug mit einer Basler acA2000-50gc Kamera ausgestattet. Die Bildverarbeitung soll zukünftig für alle Systeme identisch sein. Bei Start der Kamerasoftware auf dem Fahrzeug-PC soll die verbaute Kamera automatisch identifiziert werden und die dazugehörigen Parameter geladen werden.

Aufgabenstellung

1. Einarbeitung in das bestehende System
2. Morphologischer Kasten der möglichen Optionen (Version von openCV, VisualStudio, Kameratreiber, x64,...)
3. Bewertung und Auswahl einer Option - Besprechung mit Prof. Schneider
4. Umsetzung in Visual Studio mit OpenCV
5. Übernahme der bestehenden Bildverarbeitungssoftware im neuen System
6. Systemtests (Kompatibilitätstests) aller 3 Fahrzeuge
7. Optimierung
8. Dokumentation im HSHL-Wiki

Anforderungen

Das Projekt erfordert Vorwissen in den nachfolgenden Themengebieten. Sollten Sie die Anforderungen nicht erfüllen müssen Sie sich diese Kenntnisse anhand im Rahmen der Arbeit anhand von Literatur/Online-Kursen selbst aneignen.

• Bildverarbeitung mit openCV
• Programmierung C++
• Dokumentenversionierung mit SVN

Anforderungen an die wissenschaftliche Arbeit

• Wissenschaftliche Vorgehensweise (Projektplan, etc.), nützlicher Artikel: Gantt Diagramm erstellen
• Wöchentlicher Fortschrittsberichte (informativ), aktualisieren Sie das Besprechungsprotokoll - Live Gespräch mit Prof. Schneider
• Projektvorstellung im Wiki
• Tägliche Sicherung der Arbeitsergebnisse in SVN
• Tägliche Dokumentation der geleisteten Arbeitsstunden
• Studentische Arbeiten bei Prof. Schneider
• Anforderungen an eine wissenschaftlich Arbeit

SVN-Repositorium

• SVN-Repositorium

Getting started

Lesen Sie zum Einstieg diese Artikel

• Basler_GigE_Vision_System
• Kismann, J.; König, D: OSE:_Bildverarbeitung_mit_Spurerkennung
• Gantt Diagramm erstellen
• Tipps zum Schreiben eines Wiki-Artikels
• PAP Designer Einstieg
• Einführung in SVN

Projektplan

Projektplan

Stand 07.08.: Die Einarbeitung in die Kamera, sowie die API sind abgeschlossen; eine Inbetriebnahme mittels Visual Studio war ohne die Nutzung von openCV möglich; die Integration in die bestehende Software läuft

Auswahl Kamerasoftwareversion

Für die Kamerasoftware und das damit verbundene Software Development Kit werden 3 unterschiedliche Versionen in Betracht gezogen. Die Version 5.0.12 ist aktuell auf den Laborrechnern instaliert. Die Version 6.1.1 ist die aktuellste Version, welche mit 32-bit Betriebssystem kompatibel ist und die Version 7.4.0 ist die aktuellste verfügbare Version (Stand 04.03.2024). Um die Software zu testen wurde die Kamera zunächst über ein Ethernet-Kabel an einen Laborrechner angeschlossen und über den pylon Viewer ein Video gestartet.

Hierbei traten bei der ältesten Version schon gravierende Probleme auf, welche einen praktischen Einsatz dieser Version unmöglich machen. Der Versuch die Fehler zu beheben blieb erfolglos. Die auftretende Fehlermeldung empfielt das Inter-Packet Delay, also die Zeit zwischen zwei gesendeten Datenpaketen, zu erhöhen, was den Fehler zwar eleminiert, aber die Bildrate erheblich verringert (3-10 fps) und die Reaktionszeit deutlich erhöht (3-5 sek). Mit diesen Werten ist ein Einsatz zur Bildverarbeitung schlicht unmöglich.

Die Versionen 6.1.1 weist in diesem Test nur geringfügige Störungen auf. Etwa 0,5% der Frames können nicht richtig übertragen werden. Eine weitere Untersuchung dieser Fehler findet zunächst nicht statt, da eine andere Version nutzbar ist. Außerdem ist die Bildrate etwas geringer als die der Version 7.4.0.

Auch die Version 7.4.0 läuft zunächst nicht störunggsfrei. Zu Beginn läuft die Videoübertragung problemlos. Hierbei kann eine Bildrate von 24 fps kontimuiertich gehalten werden. Auch die Reaktionszeit ist mit deutlich unter einer Sekunde gut. Nachdem jedoch ca 4.300 Frames übertragen wurden, also nach ca. 180 Sekunden, verliert das Programm plötzlich die Verbundung zur Kamera. Eine Fehlermeldung des Programms empfiehlt den GigE Configurator auszuführern. Nachdem dieser ausgeführt wurde, tritt das Problem nicht mehr auf. Nach einigen weiteren Tests ergab sich, dass das Problem behoben werden kann, indem die IP-Adresse der Kamera manuell auf einen statischen Wert festgelegt wird. Die Version 7.4.0 kann also genutzt werden.

Übersicht der überprüften Versionen

Version	Probleme	Bilder
Pylon 5.0.12	Fehler bei der Datenübertragung; Bildfehler; Verbindungsverlust	Datenübertragungs- und Verbindungsprobleme Bildfehler
Pylon 6.1.1	Fehler bei Datenübertragung	Kamerabild mit Fehler-Log
Pylon 7.4.0	Plötzlicher Verbindungsverlust nach ca. 3 Minuten; vorher problemfreie Übertragung	problemfreie Übertragung

Installation openCV

openCV ist eine Softwarebibliothek, welche in den AMRn genutzt wird, um die Kamerabilder -möglichst in Echtzeit- zu verarbeiten. Hierfür stellt die Bibliothek verschiedene Klassen und Funktionen bereit, welche im Modul Objekt- und Spurerkennung genutzt werden. Um diese Funktionen allerdings nutzen zu können, muss die Bibliothek zunächst auf dem PC installiert werden. Um den vollen Funktionsumfang nutzen zu können, ist die Installation mittels CMake erforderlich.

Sobald diese abgeschlossen ist, ist es wichtig zu beachten, dass Visual Studio, bzw. das jeweilige Projekt auf die Bibliothek zugreifen kann. Hierfür ist die Angabe eine Dateipfads in den Projekteigenschaften nötig. Dieser ist für die bestehenden Projektdateien als D:\opencv\include festgelegt. Dementsprechend sollte die Bibliothek auf allen PCs, die zum Build der Software genutzt werden sollen, an diesem Pfad installiert werden. Alternativ könnte die Implementierung einer System-Umgebungsvariable diskutiert werden.

Inbetriebnahme der Kamera über ein VS-Projekt

Dank guter Beispielprogramme des Herstellers, sowie einer umfassenden Dokumentation war das Erstellen eines einfachen Programmes, welches die Kamera startet, wichtige Einstellungen vorgibt, und anschließend das Livebild der Kamera anzeigt ohne größere Probleme möglich. Das Kamerabild ist flüssig und die Übertragung läuft auch über längere Zeit störungsfrei. Die Verzögerung ist minimal.

Das Programm ist im SVN-Repository zu finden.

Integration der Kamera in das bestehende Projekt

Nach der erfolgreichen Inbetriebnahme, steht nun die tatsächliche Integration in das bestehende Projekt an. Hierfür wurde im SVN-Repositorium der Branch 2024_07_13_OSE_Einbindung_neue_Kamera angelegt, in welchem die Integration schrittweise durchgeführt wird. Diese Aufgabe stellt sicherlich den umfangreichsten Teil der Arbeit dar.

Nützliche Artikel

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