Interoperabilidade de câmeras digitais na agricultura

As câmeras analógicas do passado estão dando lugar a sistemas avançados de câmeras digitais. Na agricultura, com a evolução das necessidades dos agricultores, câmeras de alta qualidade se tornaram mais comuns.

“Em algum momento, o mundo se tornou digital”, disse David Smart, consultor da John Deere e líder de equipe da Agricultural Industry Electronics Foundation (AEF). “Assim, a expectativa por câmeras melhores, maior qualidade e melhor geração de imagens se consolidou.”

O boom da tecnologia de agricultura de precisão está permitindo que os agricultores tomem decisões baseadas em dados. Por meio do uso de câmeras digitais e seus sistemas, os agricultores obtêm insights sobre aspectos como condições do solo, necessidades de irrigação e saúde das culturas. Aplicações predominantes agora incluem sofisticação como robôs agrícolas, drones e veículos de grande porte para agricultura automatizada.

As câmeras digitais evoluíram para oferecer alta resolução e podem girar a visão, ampliar a área de interesse, transmitir em diferentes formatos e alterar resoluções e taxas de quadros. Elas podem ter iluminação LED ou visão noturna; e têm capacidade para configuração.

Espera-se que essa tendência da agricultura de precisão continue, à medida que os agricultores buscam aumentar a produtividade e a lucratividade. De acordo com a Verified Market Reports, o mercado de câmeras e sistemas de monitoramento agrícola foi avaliado em US$ 100 bilhões em 2023 e a projeção é de que atinja US$ 194,87 bilhões até 2030, com um CAGR de 8,71% durante o período previsto de 2024 a 2030.

“As câmeras digitais desempenham um papel muito importante no setor agrícola e, ainda assim, não têm o nível de compatibilidade entre marcas que o setor precisa”, disse Smart.

Complicações de conexão

Conectar uma câmera pronta para uso em um trator, independentemente do fabricante, e conectá-la para funcionar no visor da cabine do trator é atualmente um esforço hercúleo. Embora os agricultores devessem poder simplesmente conectar qualquer câmera a qualquer trator, isso não é possível atualmente.

"Se você quiser integrar a câmera de outro fabricante, não funcionará imediatamente. Você terá que modificar o aplicativo de software que está instalado no seu monitor, e isso geralmente leva no mínimo seis meses para integrar um novo produto", disse Dennis Schäfer, líder do Grupo de Software da Motek GmBH e vice-líder da equipe de projeto de Sistemas de Câmeras Digitais (DCS) da AEF.

Embora existam vários padrões de vídeo que permitem a transferência de dados de vídeo e padrões que permitem a configuração de câmeras, não há um padrão que permita um sistema plug-and-play sem configuração.

A maioria dos sistemas de câmeras para uso por meio de um terminal dentro do trator é baseada em câmeras analógicas, onde cada câmera normalmente é conectada a um cabo separado para enviar a imagem da câmera para a cabine do operador para exibição. Muitas vezes, os operadores desejam visualizar várias câmeras simultaneamente, o que pode aumentar a complexidade do sistema.

“Atualmente, mesmo que um agricultor tenha um sistema de câmera analógico ou digital em seu trator, ele pode precisar comprar um terminal extra para um novo sistema de câmera de implemento, porque este tem um tipo de conector diferente ou a câmera está usando um protocolo diferente”, disse Smart. “Existe um padrão de câmera, mas ele é completamente inadequado para a expectativa plug-and-play de que todas as câmeras funcionarão igualmente bem com o terminal.”

Estrutura HSI

Originalmente revelado há 23 anos, o ISOBUS se refere ao padrão ISO 11783 de "sistema nervoso" de equipamentos agrícolas que conecta perfeitamente tratores a implementos e opções de reposição, como displays e joysticks, etc. Com o ISOBUS, as máquinas trabalham juntas como um sistema melhor do que cada componente pode trabalhar sozinho.

Este diagrama mostra uma "arquitetura de referência" para sistemas HSI imaginados e a conectividade. O ISOBUS atual (ISO11783) não desaparece, mesmo com o diagrama focando principalmente em HSI. A conectividade com implementos dianteiros e traseiros, câmeras, dispositivos de reposição (ADEV1), kits de reposição (AKIT) e até mesmo com outras máquinas próximas usando Comunicações Sem Fio em Campo (WIC) é representada. (Ilustração: Agricultural Industry Electronics Foundation)

A AEF, uma organização global sem fins lucrativos fundada para melhorar a compatibilidade entre fabricantes em equipamentos agrícolas, demonstrou a próxima geração do ISOBUS, conhecido como High Speed ISOBUS (HSI), pela primeira vez em seu Plugfest na América do Norte em 2022. Com maior largura de banda e velocidade de conexão mais rápida — cerca de 4.000 vezes mais rápida do que a tecnologia original — o HSI abrirá novas oportunidades para inovação agora e no futuro, à medida que ainda mais desempenho e automação são exigidos.

A AEF, em estreita colaboração com o Comitê Técnico ISO 127, Subcomitê 3 e Grupo de Trabalho Conjunto 16 — responsável pela HSI de próxima geração e pelo padrão de câmera existente — está trabalhando para atualizar o padrão de câmera existente com novos requisitos que se concentrarão em tornar as câmeras e monitores totalmente plug-and-play.

“Além da missão original da equipe do HSI de criar a tecnologia para comando e controle de implementos com desempenho muito superior, as câmeras digitais foram o primeiro [novo] caso de uso baseado em HSI na infraestrutura do HSI, e a comunicação sem fio em campo para usar essas câmeras foi o segundo. Portanto, tudo isso está interligado devido às vantagens que essas câmeras trazem para o setor”, disse Ryan Milligan, vice-diretor de comunicações e marketing da AEF.

“Os principais aspectos da estrutura do HSI precisam estar presentes para que as câmeras tenham um local para serem conectadas. Caso contrário, você terá que voltar a criar uma rede privada completamente diferente”, disse Smart.

Equipe de Câmera Digital

A AEF criou uma Equipe de Projeto de Sistemas de Câmeras Digitais (DCS), unindo mais de 20 especialistas em câmeras digitais de empresas associadas à AEF dos Estados Unidos, América do Sul, Europa e Ásia, para melhorar a interoperabilidade e integração de câmeras digitais entre marcas.

A nova norma permitirá que os agricultores escolham uma câmera e um monitor compatíveis com HSI que melhor atendam às suas necessidades. Por exemplo, eles podem querer um monitor menor (ou maior) do que o oferecido pelo rebanho e, da mesma forma, podem escolher uma câmera com base em suas capacidades (por exemplo, resolução, capacidade diurna/crepuscular/noturna, etc.). A integração de câmeras e monitores em um sistema HSI, de forma padronizada, permitirá o uso de qualquer câmera compatível ou em conformidade com HSI que atenda a um conjunto mínimo de expectativas; basta conectá-la e ela funciona.

“No mundo analógico, se você tem 15 câmeras em seu implemento e quer mostrar todas essas 15 câmeras em sua máquina, você tem que adicionar algum hardware especializado e caro que misture o vídeo em um único fluxo para um cabo ou você tem que passar 15 cabos do seu implemento para sua máquina porque a linha de dados ISOBUS existente simplesmente não é compatível com a comunicação de vídeo analógico e não é capaz da alta taxa de dados que seria necessária para transmitir fluxos de vídeo digital”, disse Niklas Niebrügge, ANEDO GmbH, um desenvolvedor de software com experiência em soluções de sistemas de vídeo digital e líder da Equipe do Projeto DCS da AEF.

“Nossa missão é fornecer uma nova funcionalidade AEF para habilitar soluções de vídeo plug-and-play prontas para uso que ofereçam interoperabilidade de componentes do sistema de visão e fácil integração para fabricantes e vendas de reposição no contexto da infraestrutura HSI”, disse ele.

“Graças à digitalização pela infraestrutura HSI e à padronização das interfaces das câmeras, é possível executar múltiplos fluxos de vídeo por meio de um único cabo, reduzindo a complexidade e os custos do chicote elétrico”, explicou Niebrügge. “Isso, em combinação com o sistema plug-and-play, será uma ferramenta incrível e um grande avanço para toda a indústria.”

Uma vez concluído o trabalho básico para o monitoramento simples do processo e a interoperabilidade plug-and-play dos componentes, a porta estará aberta para outros casos de uso e também para a colaboração com diferentes funcionalidades do AEF para agricultura de precisão. Isso inclui, por exemplo, a comunicação sem fio em campo e a capacidade de detectar diferentes objetos e distribuir essas informações pela máquina, permitindo, em última análise, um futuro totalmente interoperável.

Olhando para a estrada

Embora alguns casos de uso ainda não tenham sido imaginados, um dos principais objetivos da equipe do HSI é desenvolver a base para um novo padrão de comunicação do setor que possa ser expandido por muitos anos.

Para garantir essa escalabilidade, cada caso de uso e os requisitos derivados são explorados individualmente para verificar como esses requisitos podem mudar em sistemas ainda mais futuristas. A equipe de HSI então traduz esse trabalho composto em uma arquitetura que suporta avanços significativos que vão além do que conhecemos hoje.

O novo padrão permitirá que os agricultores escolham uma câmera e um monitor compatíveis com HSI que melhor atendam às suas necessidades. (Foto: Equipe KHL)

“É claro que este não é um desafio pequeno: saber o que ainda não sabemos”, disse Smart.

“Uma das nossas principais tarefas é estender e melhorar o padrão ISO 17215 (Veículos rodoviários — Interface de comunicação de vídeo para câmeras) para torná-lo utilizável para as complexas combinações de tratores e implementos de frota mista que temos na agricultura”, disse Niebrügge.

De acordo com Niebrügge, isso o torna adequado também para caminhões e reboques, máquinas de construção e terraplenagem e indústrias de mineração.

“Acredito que isso se espalhará para outros setores... no futuro, porque este não é um problema novo. Todos os campos de aplicações fixas e imóveis provavelmente também usarão este padrão”, disse Schaefer.

“Câmeras digitais Ethernet são relativamente novas em veículos, mas já as usamos para vigilância de segurança local e residencial há anos. No entanto, não existe um padrão que permita simplesmente conectar uma câmera a uma rede”, continuou ele. “Ela aparecerá no seu computador no final das contas, a menos que você tenha o software do fabricante e a câmera do mesmo fabricante.”

Portanto, os campos de aplicação estacionária provavelmente também usarão esse padrão. A necessidade de um sistema de câmera plug-and-play pode se estender significativamente além desses setores que estamos discutindo atualmente.

Simplesmente gênio

Albert Einstein teria dito: “Qualquer tolo inteligente pode tornar as coisas maiores e mais complexas... É preciso um toque de genialidade e muita coragem para ir na direção oposta.”

As equipes de projeto AEF HSI e DCS estão desenvolvendo uma tecnologia complexa com o objetivo de torná-la mais simples, tanto para o cliente quanto para o usuário final.

“Quando a equipe do DCS concluir seu trabalho, qualquer câmera em conformidade com o HSI será compatível com todos os monitores/displays em conformidade com o HSI”, disse Smart.

A equipe estima que o novo padrão ISO esteja disponível globalmente até 2027.

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