視覚機能は,リアルタイムで物理的世界を感知し適応するロボットアプリケーションの設計の中心です ロボットシステムは動的でしばしば予測不能な環境で動作しますセンサーデータも収集する必要があります.遅延,データ損失,または時間不一致の増加は,パフォーマンスを低下させ,セキュリティリスクさえも引き起こします.
ロボットシステムが 機械学習に基づく センサー機能に 移行するにつれて 作業特有のプログラムではなく 膨大な量の視覚データに依存するこの制約はますます厳しいものになりますこの技術はロボットアプリケーションを最小限の再プログラムで 新しいオブジェクト,環境,タスクに適応させることができます.
この傾向はロボットシステムにおける視覚データを転送する方法に 圧力をかけていますギガビットマルチメディアシリアルリンク (GMSL) 技術は,センサー接続を簡素化することで設計課題を容易にする分散カメラと中央コンピューティングモジュールの間の低レイテンシーで強力なデータ転送を可能にします.
GMSL was originally designed for automotive applications such as Advanced Driver Assistance Systems (ADAS) and is now widely used in robotics and machine vision systems to connect remote cameras and sensors with low latency and robust electromagnetic interference immunity.g
GMSLは,アナログデバイスによって開発された高速シリアル/デストリング (SerDes) 通信技術で,単一の同軸ケーブルまたは扭曲ペアを使用して高速帯域幅のビデオとデータを送信する.各カメラはネットワーク構造を共有していません,しかし専用高速リンク上で動作し,争い,ルーティング,およびパケットベースの変動を排除します.センサーの数が増えても,一定の時間と遅延で予測可能なデータ経路を作成します..
GMSLシリアライザーは,複数の単一の信号線で平行に送信されるピクセルデータのセットを連続した高速シリアルデータストリームに変換する.プロセッサ側では,元のフォーマットに戻します.各カメラが独自の点対点リンクを持っているため,帯域幅はカメラの数に線形的に関連しているので,ネットワークの争いは起こらない.切り替えオーバーヘッドやデータパケットスケジューリングの遅延.
このアプローチの利点は,高解像度の複数のカメラにビジョンシステムを拡張するとより明らかになります.シンクロナイズされた視覚覆い,ナビゲーションなどの作業をサポートするセンサーの数が増加するにつれて 帯域幅,配線,タイミングの精度が増加します伝統的な短距離ボードレベルの相互接続の限界を明らかにする.
USB,標準Ethernet,または直接のボードレベルのMIPIリンクなどの伝統的なアプローチは,必然的に遅延,同期,または物理的カバーのトレードオフを必要とします.カメラがどんどん増えるにつれ,ケーブル,タイミング管理,システム設計の複雑性が増加し続けているため,技術統合にもますます課題となっています.
GMSL は,他の視覚接続方法に比べていくつかの明らかな利点があります.
MIPI CSI-2 をカバー度と信頼性において上回り,Ethernet ベースのビジュアルスタックの複雑さを回避するシンプルで低レイテンシーな点対点アーキテクチャを維持している.
GMSLは,Ethernetの大規模分散ネットワークの柔軟性よりも決定的な点対点接続性とよりシンプルなマルチカメラ同期を好む.
このソリューションの性能は,別の専用SerDesソリューションであるFPD-Linkとほぼ比較可能である.選択はしばしば生態系の包括的な考慮に依存する.
GMSLは,低遅延性能の決定的な高速カメラ接続の実用的な方法を提供することで,埋め込みおよびネットワーク化されたビジョンシステムをバランスさせます.リアルタイムロボットシステムの厳格な遅延と信頼性の要件を維持しながら高速視覚接続を簡素化します.
高速 大容量
カメラの解像度とセンサーの数が増加するにつれて,これらの構造上の利点はシステムの成功の鍵になります.GMSLは大量のデータ,特にビデオデータ,複数のカメラまたは他のセンサーから単一のケーブルを介してこのスキームでは,ネットワークコンテントやパケットルーティングのない専用点対点リンクを使用します.設計者は,GMSLを使用して高帯域幅のデータストリームを同軸または扭曲ペアケーブル経由で送信し,点ごとに複数の接続を使用せずに低レイテンシーと高いノイズ免疫を維持することができます..
この技術は自動車の配線を簡素化し 頑丈性を向上させ ロボット工学に直接組み込まれていますシステムを軽くする分散型カメラは,最小限のケーブルで,コンピュータモジュールから離れた場所に設置され,低レイテンシーデータ リアルタイムセンサーと意思決定.
ロボットは,多くの高解像度カメラに頼り,時には深さセンサーやPLIDAR (光検出と範囲測定) と組み合わせて周囲を感知しています (図1).各カメラが単独で使用すると大量のデータ流を生成します1つの1080p解像度,秒速30フレーム (fps), 24ビットピクセルカメラ1台で1.4Gbps 通信速度4台のカメラは5.6Gbpsの 送信速度を 6台のカメラは8.4Gbpsの 送信速度を 生み出します高解像度 と フレーム 速さ を 適用 する と,帯域幅 の 必要 が 秒 に 数十 ギガビット に 増加 する.