自动化无人机的低延迟解决方案

背景

自动化无人机无需人工操作或仅需部分人工操作，因其所需的人力更少，有可能承担起目前人工控制的无人机所无法完成的各项艰巨任务。例如，大量的进行自主搜寻和救援的无人机可以飞越树木繁茂的地区，寻找走失的孩子。自动化无人机可以不断地巡查监狱周围，以防止越狱，或巡视核电厂周边，以发现企图擅自进入核电厂的人员。人们可以将自动化无人机派往犯罪现场，搜查和跟踪逃离该地区的嫌疑犯。它们能跟踪策划恐怖袭击事件的嫌疑犯的车辆。它们还能在广袤的非洲野生动物保护区巡视，以防止偷猎者。而这些仅是自动化无人机的其中一些潜在应用。
 

是自动化无人机的领先供应商，其自动化无人机广泛应用于执法、边境管制、反偷猎、电力线监控、军事等诸多领域。公司提供包括避障、导航和图像处理的计算机视觉工具箱，从而大大减少了编写自动化无人机程序所需的时间和专业知识。ALX在其无人机和云服务器之间建立了安全连接，可在云中对所收集的数据进行强有力地处理。军工级加密技术确保了最高级别的安全性。公司的无人机均可独立工作，或可以在大批无人机中工作。

挑战

ALX最近推出了一个针对公共安全和军事应用的新型无人机平台。新平台拥有前所未有的近乎即刻的反应能力，能迅速对人或物体的移动做出反应。这项能力在诸多应用中是极为重要的，例如跟踪汽车。如果汽车突然改变方向，获得和分析图像所需的延迟使得无人机在意识到汽车已经转向之后，其会远远落后于汽车。在搜寻和救援操作中亦可能出现同样的问题。无人机可以获取显示其所搜寻小孩的位置的图像，但在等到无人机获取和分析图像并到达该位置时，小孩可能已经离开。
ALX Systems首席执行官Geoffrey Mormal表示：“使用自动化无人机成功完成此类任务要求高速的图像处理以及相机与CPU之间的极低的延迟。”延迟是指相机获取的图像可供主机处理前的延迟。“我们新的无人机平台所需的低延迟和高速图像处理已在台式电脑中应用了一段时间，但从未在无人机内部的足够轻巧坚固而利于飞行的系统中应用，”Mormal继续解释道。

解决方案

 “据我们所知，Euresys CoaXPress解决方案是唯一可满足我们在适航方案中的延迟和带宽要求的图像采集卡。”Mormal表示。Euresys首席执行官Marc Damhaut表示：“这是首次在满足军事和公共安全无人机的尺寸、重量和振动要求的情况下实现了这一性能。在新的无人机平台中使用的Euresys解决方案包括Euresys Coaxlink Duo PCIe/104-MIL双路加强型 CoaXPress 图像采集卡和ADL的ADLQM87PC Intel i7内核个人电脑/104 单板计算机。Euresys图像采集卡使用CoaXPress数字视频通信标准连接至相机。CoaXPress 高清视频不压缩，使零延迟传输成为可能。图像采集卡采用直接存储器访问（DMA），将图像传输至个人电脑的存储器而不会中断中央处理器（CPU）。”


CoaXPress相机采用重型同轴电缆，该同轴电缆是用于数据高速传输的最佳解决方案，因为它们提供了比双绞线更高的频谱。另一方面，USB-3可进行高速视频传输，但在图像采集时和图像可用于处理时之间，存在几毫秒的可变延迟。当通过USB-C接收图像并处理图像时，无人机很容易跟丢汽车。在新的ALX无人机平台上，Coaxlink Duo支持常规的高速相机和热像仪。它使用单个同轴电缆以高达 625 MB/s 的速度传输图像，同时传输控制数据和触发器，并可为相机提供高达 13W 的功率。
图像采集卡和CPU均可用于尺寸为96 x 90 mm的PC/104结构。它们以大约15.4毫米的间隙堆叠在一起，与PCIe/104叠装连接器连接，并用15.4毫米螺母柱加固。CoaxLink图像采集卡采用在恶劣环境下仍然可靠而坚固的连接器，包括MIL-STD 810应用。Euresys整套方案已通过军用810G标准的冲击和振动测试。
ADL的ADLQM87PC嵌入式计算机采用英特尔®酷睿™ i7-4700EQ四核处理器和HD4600图形引擎，可用于复杂的计算任务，例如图像处理、高光谱和多光谱成像、SWIR（短波红外）和类似应用。两个Gb/s LAN端口和两个USB 3.0端口为GigE和USB 3.0相机增加了视觉功能。对于数据存储，ADLQM87PC提供四个SATA端口，其中两个是SATA III（6Gb / s），在RAID 0模式下可达到超过1000 MB/s的写入速度，以跟上CoaXPress图像采集速度。显示输出包括DVI、VGA、HDMI和Displayport，以在必要时输出高分辨率图形。
 

结果

 “Euresys解决方案为ALX系统提供了要求极高的自动化无人机应用（例如监视和追踪）中所需的低延迟和较高的图像处理速度，”Mormal说，“ALX建立了一个演示系统，可以验证ALX无人机硬件和图像处理软件以及Euresys图像采集和分析解决方案能在自动化无人机应用中提供前所未有的功能的能力。ALX目前已获得某欧洲国家军事部门的订单，要求基于这一平台开发定制的解决方案。”