Kamerasensor 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
- Charmed Labs: Introducing Pixy 2.1
- Charmed Labs: Dokumentation der Pixy-Kamerasysteme
- Charmed Labs: Dokumentation der Pixy 2
- Charmed Labs: Quick Start für Pixy 2
- Charmed Labs: Hooking up Pixy to a Microcontroller (like an Arduino)
- Charmed Labs: Installing PixyMon on Windows Vista, 7, 8, 10, or 11
- Charmed Labs: Uploading new firmware
Bezugsmöglichkeiten der Kamera in Deutschland
- https://pixycam.com/buy/
- https://funduinoshop.com/elektronische-module/sonstige/kamera/pixy-cam-ki-kamera-v2.1-kamera-mit-kuenstlicher-intelligenz
- https://www.antratek.de/pixy2-smart-vision-sensor?utm_source=google&utm_medium=cpc&utm_campaign=DE%20-%20Pmax%20Shopping%20-%20Marge%20midden&utm_id=21937336223&gad_source=1&gclid=Cj0KCQjww-HABhCGARIsALLO6XzIrpya3v3apD2tdMjL8gXs0ntKwj7IGysL9amfkA2QPLSPftBKvQ8aAmJ0EALw_wcB
- 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