Interoperabilidad de cámaras digitales en la agricultura

Las cámaras analógicas de antaño están dando paso a sistemas digitales avanzados. En la agricultura, a medida que las necesidades de los agricultores han evolucionado, las cámaras de mayor calidad se han vuelto más comunes.

“En algún momento, el mundo se digitalizó”, afirmó David Smart, consultor de John Deere y líder de equipo de la Fundación de Electrónica de la Industria Agrícola (AEF). “Así, se afianzó la expectativa de mejores cámaras, mayor calidad y mejor generación de imágenes”.

El auge de la tecnología de agricultura de precisión permite a los agricultores tomar decisiones basadas en datos. Mediante el uso de cámaras digitales y sus sistemas, los agricultores obtienen información sobre aspectos como las condiciones del suelo, las necesidades de riego y la salud de los cultivos. Entre las aplicaciones más comunes se incluyen robots agrícolas sofisticados, drones y vehículos de gran tamaño para la agricultura autónoma.

Las cámaras digitales han avanzado para ofrecer alta resolución y pueden rotar la vista, hacer zoom en la región de interés, transmitir en diferentes formatos y cambiar la resolución y la velocidad de fotogramas. Pueden tener iluminación LED o visión nocturna; son configurables.

Se espera que esta tendencia en la agricultura de precisión continúe a medida que los agricultores buscan aumentar su productividad y rentabilidad. Según Verified Market Reports, el mercado de sistemas de cámaras y monitoreo agrícola se valoró en USD 100 mil millones en 2023 y se proyecta que alcance los USD 194.87 mil millones para 2030, con una tasa de crecimiento anual compuesta (TCAC) del 8,71 % durante el período previsto de 2024 a 2030.

“Las cámaras digitales desempeñan un papel muy importante en la industria agrícola y, sin embargo, no tienen el nivel de compatibilidad entre marcas que la industria necesita”, afirmó Smart.

Complicaciones de conexión

Conectar una cámara estándar a un tractor, independientemente del fabricante, y conectarla para que funcione en la pantalla de la cabina es actualmente una tarea titánica. Aunque los agricultores deberían poder conectar cualquier cámara a cualquier tractor, actualmente no es posible.

“Si quieres integrar la cámara de otro fabricante de equipos originales (OEM), no funcionará de inmediato. Tendrás que modificar la aplicación de software que tienes en la pantalla, y esto suele tardar como mínimo medio año en integrar una nueva versión”, afirmó Dennis Schäfer, líder del Grupo de Software de Motek GmbH y subdirector del equipo del proyecto de Sistemas de Cámaras Digitales (DCS) de AEF.

Si bien existen múltiples estándares de video que permiten la transferencia de datos de video y hay estándares que permiten la configuración de la cámara, no existe un estándar que permita un sistema plug-and-play sin configuración.

La mayoría de los sistemas de cámaras que se utilizan a través de una terminal dentro de un tractor se basan en cámaras analógicas, donde cada cámara suele estar conectada con un cable independiente para enviar la imagen a la cabina del operador para su visualización. A menudo, los operadores desean visualizar varias cámaras simultáneamente, lo que puede aumentar la complejidad del sistema.

“Actualmente, incluso si un agricultor tiene un sistema de cámara analógico o digital en su tractor, podría necesitar comprar un terminal adicional para un nuevo sistema de cámara de implemento porque tiene un tipo de conector diferente o la cámara utiliza un protocolo distinto”, dijo Smart. “Existe un estándar de cámara, pero es completamente inadecuado para la expectativa de que todas las cámaras funcionen igual de bien con el terminal”.

Red troncal HSI

Presentado originalmente hace 23 años, ISOBUS se refiere al "sistema nervioso" estándar ISO 11783 de los equipos agrícolas que conecta sin problemas los tractores con los implementos y las opciones del mercado de accesorios, como pantallas y joysticks, etc. Con ISOBUS, las máquinas funcionan juntas como un sistema mejor de lo que cada componente puede funcionar por sí solo.

Este diagrama muestra una arquitectura de referencia para sistemas HSI imaginados y su conectividad. El sistema ISOBUS (ISO11783) actual no desaparece, aunque el diagrama se centra principalmente en HSI. Se representa la conectividad con implementos delanteros y traseros, cámaras, dispositivos de posventa (ADEV1), kits de posventa (AKIT) e incluso con otras máquinas cercanas mediante comunicaciones inalámbricas en campo (WIC). (Ilustración: Fundación de Electrónica de la Industria Agrícola)

La AEF, organización global sin fines de lucro fundada para mejorar la compatibilidad entre fabricantes en equipos agrícolas, presentó por primera vez la próxima generación de ISOBUS, conocida como ISOBUS de alta velocidad (HSI), en su Plugfest norteamericano de 2022. Con mayor ancho de banda y una velocidad de conexión más rápida (aproximadamente 4000 veces más rápida que la tecnología original), HSI abrirá nuevas oportunidades de innovación ahora y en el futuro, a medida que se demanda aún más rendimiento y automatización.

AEF, en estrecha colaboración con el Comité Técnico ISO 127, Subcomité 3 y el Grupo de Trabajo Conjunto 16 (responsable tanto del HSI de próxima generación como del estándar de cámara existente), está trabajando para actualizar el estándar de cámara existente con nuevos requisitos que se centrarán en hacer que las cámaras y los monitores sean totalmente compatibles con plug-and-play.

“Más allá de la misión original del equipo de HSI de crear la tecnología para un control y comando de implementos de mucho mayor rendimiento, las cámaras digitales fueron el primer caso de uso [nuevo] basado en HSI en la infraestructura de HSI, y la comunicación inalámbrica en campo que utiliza estas cámaras fue el segundo. Por lo tanto, todos estos factores están interconectados debido a las ventajas que estas cámaras aportan a la industria”, afirmó Ryan Milligan, subdirector de comunicaciones y marketing de AEF.

“Los elementos fundamentales del HSI deben estar presentes para que las cámaras tengan un lugar donde conectarse. De lo contrario, se vuelve a crear una red privada completamente diferente”, dijo Smart.

Equipo de cámaras digitales

La AEF creó un Equipo de Proyecto de Sistemas de Cámaras Digitales (DCS), que reúne a más de 20 expertos en cámaras digitales de empresas miembros de la AEF de Estados Unidos, Sudamérica, Europa y Asia, para mejorar la interoperabilidad entre marcas y la integración de cámaras digitales.

El nuevo estándar permitirá a los agricultores elegir la cámara y el monitor compatibles con HSI que mejor se adapten a sus necesidades. Por ejemplo, podrían preferir un monitor más pequeño (o más grande) que el estándar, y de igual manera, podrán elegir una cámara según sus capacidades (p. ej., resolución, capacidad diurna/crepuscular/nocturna, etc.). La integración estandarizada de cámaras y monitores en un sistema HSI permitirá el uso de cualquier cámara compatible con HSI que cumpla con un conjunto mínimo de requisitos; basta con conectarla y estará lista para funcionar.

“En el mundo analógico, si tiene 15 cámaras en su implemento y desea mostrarlas todas en su máquina, debe agregar algún hardware especializado y costoso que mezcle el video en una sola transmisión para un cable o debe tender 15 cables desde su implemento hasta su máquina porque la línea de datos ISOBUS existente simplemente no es compatible con la comunicación de video analógico y no tiene la capacidad de transmitir la alta velocidad de datos que se requeriría para transmitir transmisiones de video digital”, dijo Niklas Niebrügge, ANEDO GmbH, un desarrollador de software con experiencia en soluciones de sistemas de video digital y líder del equipo del proyecto AEF DCS.

“Nuestra misión es proporcionar una nueva funcionalidad AEF para permitir soluciones de video listas para usar y listas para usar que ofrezcan interoperabilidad de componentes del sistema de visión y una fácil integración para fabricantes y ventas posventa en el contexto de la infraestructura HSI”, afirmó.

“Gracias a la digitalización de la infraestructura HSI y a la estandarización de las interfaces de las cámaras, se pueden transmitir múltiples transmisiones de video con un solo cable, reduciendo la complejidad y los costos del cableado”, explicó Niebrügge. “Esto, en combinación con el sistema plug-and-play, será una herramienta increíble y un gran avance para toda la industria”.

Una vez completado el trabajo básico para la monitorización sencilla de procesos y la interoperabilidad de componentes "plug-and-play", se abre la puerta a otros casos de uso y a la colaboración con diferentes funcionalidades de AEF para la agricultura de precisión. Esto incluye, por ejemplo, la comunicación inalámbrica en el campo y la capacidad de detectar diferentes objetos y distribuir esta información en la máquina, lo que en última instancia posibilita un futuro totalmente interoperable.

Mirando hacia el camino

Si bien algunos casos de uso aún no se han imaginado, un objetivo principal del equipo de HSI es desarrollar las bases para un nuevo estándar de comunicación industrial que pueda escalar durante muchos años más.

Para garantizar la escalabilidad, cada caso de uso y sus requisitos derivados se exploran individualmente para ver cómo podrían cambiar en sistemas aún más futuristas. El equipo de HSI traduce este trabajo conjunto en una arquitectura que soporta avances importantes que superan lo que conocemos hoy.

El nuevo estándar permitirá a los agricultores elegir la cámara y el monitor compatibles con HSI que mejor se adapten a sus necesidades. (Foto: Personal de KHL)

“Por supuesto, no es un desafío pequeño: saber lo que aún no sabemos”, afirmó Smart.

“Una de nuestras principales tareas es ampliar y mejorar la norma ISO 17215 (Vehículos de carretera: interfaz de comunicación de vídeo para cámaras) para que sea aplicable a las complejas combinaciones de tractores e implementos de la flota mixta que tenemos en el sector agrícola”, afirmó Niebrügge.

Según Niebrügge, esto lo hace adecuado también para la industria de camiones y remolques, maquinaria de construcción y movimiento de tierras y minería.

"Creo que se extenderá a otras industrias... en el futuro, ya que no es un problema nuevo. Es probable que todos los campos de aplicación fijos y estacionarios también utilicen este estándar", afirmó Schaefer.

Las cámaras digitales Ethernet son relativamente nuevas en los vehículos, pero las hemos usado para la vigilancia de seguridad local y doméstica durante años. Sin embargo, no existe un estándar que permita conectar una cámara a una red sin más —continuó—. Aparecerá en tu computadora al final del día, a menos que tengas el software y la cámara del mismo fabricante.

Por lo tanto, es probable que las aplicaciones estacionarias también utilicen este estándar. La necesidad de un sistema de cámara listo para usar puede extenderse considerablemente más allá de las industrias que abordamos actualmente.

Simplemente genio

Se dice que Albert Einstein dijo: «Cualquier tonto inteligente puede hacer las cosas más grandes y complejas... Se necesita un toque de genialidad y mucho coraje para moverse en la dirección opuesta».

Los equipos de proyecto HSI y DCS de AEF están desarrollando una tecnología compleja con el objetivo de hacerla más sencilla, tanto para el cliente como para el usuario final.

"Cuando el equipo de DCS haya completado su trabajo, cualquier cámara compatible con HSI será compatible con cualquier monitor/pantalla compatible con HSI", afirmó Smart.

El equipo estima que la nueva norma ISO estará disponible globalmente en 2027.

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