Multi sensor digital sight perception platform - OfficinaTurini

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Argo Panoptes - Digital's Sight Perception and measure system platform
Argo Panoptes implementa un sistema di percezione visiva digitale.
Una piattaforma che integra un sistema di visione composto fino a cinque sensori (monocromatici, colori e infrarossi) ed un sistema di elaborazione digitale in grado di offrire una misura in uscita, come un comune sensore industriale, utilizzando come ingresso le immagini riprese.

Argo Panoptes implements a Digital Sight Perception and measure system.
A platform that integrates a vision system composed of up to five sensors (monochrome, color and infrared) and a digital processing system able to offer an output measurement, like a common industrial sensor, using the grabbed images as input.

VANTAGGI
  1. Effettua elaborazioni delle immagini riprese di tipo basilare ed avanzato
  2. Le misure da effettuare si realizzano con estrema semplicitá
  3. Ha una grande memoria interna per il salvataggio delle misure
  4. Ha una grande flessibilitá di funzionamento grazie alle molte opzioni disponibili e ad un hardware modulare
  5. Si collega ad un sistema remoto con una grande varietá di interfacce: seriale, GPRS, USB
  6. Ha consumi molto ridotti tanto da poter essere alimentata a batteria
  7. É un sistema realmente in grado di operare da solo e permette di interagire con l'utente tramite una interfaccia grafica.
ADVANTAGES
  1. Makes basic and advanced image processing
  2. The measures to be taken are achieved with extreme simplicity
  3. It has a large internal memory for saving the measurements
  4. It has great operational flexibility thanks to the many options available and a modular hardware
  5. It connects to a remote system with a wide variety of interfaces: serial, GPRS, USB
  6. It consumes very small so that it can be powered by battery
  7. It is really a system that can operate standalone, with user friendly graphic display.
CARATTERISTICHE
Lo sviluppo di questa piattaforma ha tenuto come prioritá quello di realizzare un "sensore" in grado di produrre misure veloci e precise.
Tutte le scelte fatte sono centrate su questo punto inoltre si é realizzato un sistema espandibile per conferirgli la massima adattabilitá alla risoluzione dei problemi richiesti.
FEATURES
The development of this platform has given priority to the creation of a "sensor" capable of producing fast and precise measurements.
All the choices made are centered on this point, and an expandable system has been developed to give it maximum adaptability to the problem solving required.
RIVELATORE DI IMMAGINE
Per interpretare l’immagine ripresa si è utilizzato un sensore CMOS con le seguenti caratteristiche:
  1. Ridotto numero di pixel (752x480) per diminuire il tempo di elaborazione.
  2. Pixel di grosse dimensioni (6x6um) per una buona sensibilitá anche a bassa illuminazione.
  3. Efficienza quantica > 40% nel visibile ma ancora valida nel NIR fino a 1100nm.
  4. Otturatore globale per non avere artefatti nell’immagine ripresa.
  5. Elevata velocitá di otturazione per riprendere eventi veloci (<2us).
  6. Buon range dinamico dell’immagine (12 bit in compansione).
  7. Capacitá di eseguire binning 1x1, 2x2, 4x4 per ridurre il tempo di lettura ed aumentare la sensibilitá.
  8. Cattura parziale dell’immagine (Region Of Interest) per ridurre il tempo di lettura ed il consumo di memoria.
  9. Velocitá di lettura dell’immagine 25 quadri al secondo in piena risoluzione.
  10. Per speciali misure multispettrali ed in genere correlate all’informazione cromatica si puó utilizzare questo sensore con maschera di Bayer.
  11. Attacco per obiettivo tipo C, CS o M12.

RIVELATORE DI IMMAGINE ALTERNATIVO
In alternativa od in contemporanea al sensore monocromatico si puó utilizzare anche un sensore infrarosso (8-14 μm) con risoluzione di 160x120 pixel

RIPRESA DI IMMAGINE
Per riprendere e memorizzare l'immagine si utilizzano 1 o 2 sensori a colori con una risoluzione massima di 5Mpix, entrambi questi sensori possono essere dotati di uno zoom motorizzato.

DETECTOR SENSOR
To interpret the image taken, a CMOS sensor was used with the following characteristics:
  1. Reduced number of pixels (752x480) to lessen processing time.
  2. Large size pixels (6x6um) for good sensitivity even at low illumination.
  3. Quantum efficiency> 40% in visible but still valid in NIR up to 1100nm.
  4. Global shutter to prevent artifacts in grabbed image.
  5. High speed shutter to grab fast events (<2us).
  6. High dynamic image range (12 bit companded).
  7. Capability to perform binning 1x1, 2x2, 4x4, to increase sensitivity and to reduce readout time.
  8. Region Of Interest (image) capability to reduce readout time and memory consumption.
  9. Frame rate 25 frames per second in full resolution.
  10. For special multispectral measurements and generally related to color information, you can choose a sensor with Bayer filter.
  11. Attachment for lens type C, CS or M12.

ALTERNATIVE IMAGE DETECTOR
Alternatively or simultaneously with the monochromatic sensor you can also use an infrared sensor (8-14 μm) with a resolution of 160x120 pixels

IMAGE GRAB
To grab high resolution images can be used the available (1 or 2) color sensors with a maximum resolution of 3Mpix, both these sensors can be equipped with a motorized zoom.
ELABORAZIONE DIGITALE E MODULI DI ESPANSIONE
Per il trattamento delle immagini e per tutto ció che concerne l'ingresso uscita si é impiegato la scheda CORE-KING che integra un completo sistema di acquisizione con le seguenti caratteristiche:
  1. Processore BF514/8 (CORE-KING), con clock di 400MHz (overclock fino a 600MHz)
  2. 64 MB di memoria SDRAM (133MHz) per la memorizzazione temporanea delle immagini e per il codice.
  3. Interfaccia SD (Secure Digital fino a 32GB) a 4bit compatibile FAT32 e capace di salvare dati in questo formato ad una velocitá media di 5MB/s.
  4. RTC, orologio calendario.
  5. Interfaccia GPRS (opzionale).
  6. Due interfacce seriali (Y4-LVTTL)
  7. Interfaccia multifunzione a 6 bit (Y2), ogni singolo bit puó essere:
    1. Ingresso A/D 12bit 0-2.5V.
    2. Uscita D/A 12 bit 0-2.5V.
    3. Uscita digitale LVTTL.
    4. Ingresso digitale LVTTL.
  8. Interfaccia USB 2 con 40MB/s di banda.
  9. Alimentazione da batteria LiION (3.7V) con ricarica da USB.
  10. Interfaccia per encoder rotativo per selezione funzioni.
  11. Ingresso trigger per risveglio da standby, ad esempio tramite un PIR od un interruttore.
  12. Ingresso/uscita per controllo display TFT e relativo schermo tattile.
  13. Sensore IMU a 9 assi.
  14. Controllo di 4 motori passo-passo per controllo fuoco e zoom (obiettivi motorizzati).
  15. Controllo per alimentazione LED di potenza (illuminatore).
  16. DC-DC per alimentazione da 9 a 15VDC
DIGITAL PROCESSING AND EXPANSION MODULES
For the treatment of images and for everything related to the output input, the CORE-KING card has been used, which integrates a complete acquisition system with the following characteristics:
  1. Processor BF514/8 (CORE-KING), with 400MHz clock (overclock up to 600MHz)
  2. 64 MB of SDRAM (133MHz) memory for temporary storage of images and code.
  3. SD (Secure Digital Up to 32GB) with 4bit interface, FAT32 compatible and capable of saving data in this format at an average speed of 5MB/s.
  4. RTC, calendar clock.
  5. GPRS interface (optional).
  6. Two serial interfaces (Y4-LVTTL).
  7. 6 bit multi-function interface (Y2), each single bit can be:
    1. A/D input 12bit 0-2.5V.
    2. D/A output 12 bit 0-2.5V.
    3. LVTTL digital output.
    4. LVTTL digital input.
  8. USB 2 interface with 40MB/s bandwidth.
  9. DC-DC for battery powered LiION (3.7V) with USB charging.
  10. Rotary encoder interface for functions selection.
  11. Trigger input for stand-by awakening, for example via a PIR or a switch.
  12. Input/Output for TFT display control and related touch screen.
  13. 9-axis IMU sensor.
  14. Control of four ste-motors for focus and zoom control (motorized lenses).
  15. Power LED (illuminator) controls.
  16. DC-DC to extend the power input in the range 9-15VDC.
MODALITÁ DI PROGRAMMAZIONE E CONFIGURAZIONE
Argo Panoptes si programma in modi molto differenti con una complessitá ad aumentare, le prime due possibilitá si basano sul semplice sistema operativo xCOS disponibile come base di partenza, mentre la terza offre la massima libertá ed efficienza:
  1. Modalitá batch, si scrivono una serie di comandi (facenti parte di xCOS) con relativi parametri in un file (autoexec.sh) che viene salvato in SD. All’accensione se il processore trova questo file lo mette in esecuzione.
  2. Si utilizza BC, è un semplice linguaggio di programmazione molto simile al basic che permette di aumentare molto il livello di complessitá richiesto pur mantenendo un ottima velocitá di esecuzione perché compilato in un byte-code. Per metterlo in esecuzione basta impostare il relativo comando in un file batch come sopra.
  3. Si utilizza il linguaggio C all’interno del sistema di sviluppo libero (BFTC) completo di una vasta gamma di librerie e controlli di basso livello.
PROGRAMMING AND CONFIGURATION MODE
xCAM can be programmed in a very different ways with a complexity to increase, the first two possibilities are based on the simple xCOS operating system available as base application, while the third offers maximum freedom and efficiency:
  1. Batch Mode, you write a set of commands (part of xCOS), with its parameters, in a file (autoexec.sh) that is saved in SD. If the processor find this file at the boot time, open it and run each listed commands.
  2. BC, is a simple programming language very similar to the basic that allows to greatly increase the level of complexity required while maintaining a good execution speed because it is compiled in a byte-code. To run it, just set its command in a batch file as above.
  3. C language can be used with it's proper free development system (BFTC), complete with a wide range of low-level libraries and controls.
SPECIFICHE
SPECIFICATIONS
Core
BF514F16 or BF518F16 @ 400MHz
RAM Embedded
116 Kbyte @ 400MHz
SDRAM
64MByte, 16bit @ 133MHz
FLASH Embedded
2MByte
EEPROM128 KByte
Secure Digital
Full Size, 4 bit in DMA, FAT32 compatible, with an average speed of 5MByte/s
Real Time Clock
Two RTCs, one embedded in the CORE and a 2nd, for programmed system wakeup
Multifunction Port
6 channel, each configurable as 12 bit A/D, 12 bit D/A or bidirectional parallel port
Illuminator port
Dedicated connector for LED illuminator
Serial Port
2 x asynchronous high speed serial ports (LVTTL)
SPI Port
High speed (100MHz) SPI, 3 bit (MISO, MOSI, SCLK) plus 3 device select (LVTTL)
USB 2Full Bandwidth (40 Mbyte/s)
I/O Expansion Connector
With additional SPI, I2C, Parallel ports (LVTTL)
Power Supply5-15VDC
Power Supply by BatteryLiION 3.7V
Board Size
90 x 90 x 25 mm (without lenses)
Operating temperature
–30°C to +70°C
Sturtup time50ms
Optical format
1/3-inch
Resolution
752x488
Pixel size
6x6 um
Active Imager Size
4.51(H) x 2.88 (V) 5.35mm diagonal
Filter array
Monochrome or RGB Bayer
Digitizing
10 bit in linear mode, 12 bit in companded mode
Shutter Type
Global
Shutter efficiency
>99%
Frame Rate
25 fps @ Full Resolution
Dynamic Range
>55dB linear; >80dB-100dB in HDR mode
Responsivity
4.8V/lux-sec (550nm)
Binning
1x1, 2x2, 4x4
Auto Exposure Control
Under software controls
Auto Gain Control
Under software controls
Thread
M12, CS, C
Quantum efficency
PIXEL SIZE
1.4x1.4 um
SETTABLE RESOLUTIONS
320x240, 352x288, 640x480, 800x480, 1024x768, 1280x960, 1600x1200, 2048x1536
IMAGE AREA
3673.6um x 2738.4um
TECHNOLOGY
Back Side Illumination
FRAME PER SECOND
Up to 120
OPTICAL SIZE
1/4"
DYNAMIC RANGE
68dB @ 8x gain
DARK CURRENT
8mV/s @ 60C
SHUTTER
Rolling or frame exposure
OUTPUT FORMAT
8 bit JPEG
AUTOMATIC IMAGE FUNC.
AEC, AGC
CONTROLLO REMOTO DA USB
É possibile utilizzare Argo P. come una normale camera digitale, accedere ad i settaggi interni o utilizzare le proprie funzioni di analisi e processo.
Per questo scopo é disponibile una libreria (DLL) per C/C++, ma anche per programmi terzi in grado di aprire DLL (_stdcall).
Se si vuole utilizzare questa libreria occorre come prima operazione installare i driver per il proprio sistema operativo, poi occorrono i seguenti files:
aicamdef.h  // Definizioni
aicam.h      // Prototipi delle funzioni
aicam.dll    // Libreria dinamica
aicam.lib    // Libreria per collegamento esplicito
Se si desidera visualizzare le immagini occorrono alcune librerie OpenCV3 che trovate nel pacchetto di esempio.

Qui sotto si riportano alcuni scorci di codice:
REMOTE CONTROL FROM USB
You can use Argo P. as a standard digital camera, access internal settings, or use its analytics and process functions.
For this purpose a library (DLL) for C/C++ is available, but also can be used by third-party programs that can open DLLs (_stdcall).
If you want to use this library you should first install the drivers for your operating system, then the following files are needed:
aicamdef.h // Definitions
aicam.h    // Function prototypes
aicam.dll  // Dynamic Library
aicam.lib  // Library for explicit link
If you want to see the images you need some OpenCV3 libraries that you find in the sample package.

Below you will find some segments of code:
CONTROLLO REMOTO DA SERIALE
Utilizzando il cavetto di programmazione XC-LVT-U2 é possibile riprogrammare il codice in flash di Argo P. o poterci dialogare, tramite una emulazione terminale, utilizzando i comandi disponibili su xCOS, qui uno scorcio del comando HELP.
Per maggiori dettagli sui comandi disponibili si rimanda alla pagina relativa ad xCOS.
REMOTE CONTROL FROM SERIAL
Using the XC-LVT-U2 programming cable, you can reprogram the Argo P. flash code or dial via a terminal emulation using the commands available on xCOS, partial output of HELP command.
For more details on available commands, see the xCOS page.
CONCLUSIONE
Argo Panoptes è una piattaforma hardware molto flessibile con cui vengono realizzati una grande varietá di diversi dispositivi semplicemente configurando l’hardware in modo diverso ed implementando specifiche applicazioni software.
CONCLUSION
Argo Panoptes is a very flexible hardware platform that delivers a large variety of different devices by simply configuring the hardware differently and implementing specific software applications.
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