Der SECO SOM-SMARC-MX95 Computer-on-Module (COM) ermöglicht es Embedded-Entwicklern, anspruchsvolle maschinelle Vision-Anwendungen wie die Personenzählung für intelligente Städte zu entwickeln. Dieser Blog untersucht die wichtigsten Merkmale dieser kompakten Lösung und skizziert, wie ein komplettes System in Kombination mit modernen KI-Modellen wie YOLOX erstellt werden kann.
Städte weltweit investieren in intelligentere Infrastrukturen und datengesteuerte Lösungen, um die Sicherheit, den Transport und die Lebensqualität ihrer Bewohner zu verbessern. Beispielsweise erkennen und zählen in öffentlichen Räumen installierte Videokameras Menschen in überfüllten Bereichen, um situative Risiken in Echtzeit zu identifizieren – was eine schnellere Reaktion auf Notfälle ermöglicht. Auf Stadtstraßen hilft dieselbe Technologie, den Verkehr und den öffentlichen Nahverkehr für sicheres und effizientes Reisen zu überwachen. In beiden Anwendungsfällen können Kamera- und Computer-Vision-Technologie Trenddaten für Infrastruktur- und Verkehrsplanung und -dienste bereitstellen.
Echtzeit-Personenzählung und Situationsbewusstsein erfordern, dass KI-Maschinenvision am Edge verarbeitet wird, anstatt Videodaten in die Cloud zu senden. Dazu sind geringe Latenz und leistungsstarke Rechenleistung erforderlich, verpackt in einem kleinen und robusten Formfaktor.
Offene Computer-on-Module (COM)-Standards wie SMARC sind ideal für die Integration von Edge-KI-Verarbeitung in kompakte Kamerasysteme, da sie hohe Rechenleistung mit einem kleinen Platzbedarf und hoher Energieeffizienz bieten. Und kommerzielle, sofort verfügbare (COTS) COM-basierte Designs unterstützen lange Gerätelebenszyklen mit gemeinsamen Trägerplatinen für flexible Designs, die eine schnellere Markteinführung ermöglichen.
Leistungsstarkes SMARC-Modul für KI-Verarbeitung am Edge
Entwickler, die Überwachungsanwendungen für intelligente Städte wie die Personenzählung entwerfen, können sich auf das SECO SOM-SMARC-MX95 verlassen, um Design und Bereitstellung zu vereinfachen. Der kompakte SMARC (Smart Mobility ARChitecture) 82 mm × 50 mm Formfaktor ermöglicht die Integration von Kamerasystemen selbst in den platzbeschränktesten Situationen. Das SMARC-Modul umfasst die folgenden Hauptmerkmale:
- CPU: NXP i.MX 95 mit 6x Arm Cortex-A55-Kernen, 1x Cortex-M7-Kern und 1x Cortex-M33-Kern.
- NPU: NXP eIQ Neutron zur Ausführung von KI-Modellen direkt am Edge.
- Moderne Grafikunterstützung: 2D/3D-GPU.
- Schneller Speicher: Bis zu 16 GB LPDDR5 6,4 GT/s (32-Bit).
- Umfangreiche Konnektivität: 2x GbE, Unterstützung für 1x 10 GbE über XGMII, optionales Wi-Fi + BT/BLE-Modul.
- Betriebstemperaturen: 0 bis +60 °C für kommerzielle und -40 bis +85 °C für industrielle Anwendungen.
Die zahlreichen SOM-SMARC-MX95-Schnittstellen – MIPI CSI-2-Kameraschnittstellen, HDMI/LVDS-Displayausgänge, PCIe Gen3 x1, USB 2.0 und USB 3.0 sowie Gigabit-Ethernet im Besonderen – erleichtern die Verbindung mehrerer Sensoren und Netzwerke in größere, verteilte Überwachungssysteme.
Einrichtung von Personenzählsystemen
Mit dem SOM-SMARC-MX95 können Entwickler problemlos Personenzählsysteme einrichten: Eine oder mehrere Kameras und andere Peripheriegeräte werden an eine Trägerplatine angeschlossen, auf der das Modul integriert ist und als zentraler Rechenkern fungiert, der KI-basierte Auswertungen direkt am Edge durchführt.
Mehrere Kameraknoten können zu einem größeren vernetzten System kombiniert werden. Abhängig von den Sicherheits- und Datenschutzanforderungen der Anwendung können Videodaten oder komprimierte Inferenz- und Zähldaten auch vom Edge zur Verarbeitung in die Cloud übertragen werden.
Zusammen bilden das SOM-SMARC-MX95 und Clea OS, SECOs plattformübergreifendes eingebettetes Linux basierend auf dem Yocto-Projekt, einen vorintegrierten Hardware/Software-Stack, der die Entwicklung von Edge-KI-basierten Kamerasystemen erheblich vereinfacht. Das SOM-SMARC-MX95 mit dem NXP i.MX 95-Prozessor bietet KI-beschleunigte Rechenleistung und umfangreiche Kamerakonnektivität für Edge-Vision-Anwendungen. Clea OS liefert ein vorkonfiguriertes, Yocto-basiertes Linux-Betriebssystem mit spezifischen Konfigurationen für das SOM-SMARC-MX95 – was den normalerweise erforderlichen Aufwand für die Initialisierung und Konfiguration des Systems auf niedriger Ebene eliminiert.
In dieser Kombination ermöglicht Clea OS End-to-End-Kamerapipelines – von der Bildaufnahme über KI-beschleunigte Inferenz bis hin zur Personenzählung. Und die optimierten KI-Frameworks unterstützen die schnelle und zuverlässige Implementierung von Edge-KI-Anwendungen.
YOLOX: Eine flexible Plattform für Computer Vision
Neben leistungsstarker Hardware sind auch ein entwicklerfreundliches Betriebssystem und die richtige KI-Verarbeitungssoftware entscheidend für erfolgreiche Edge-KI-Anwendungen. YOLO ist beispielsweise eine Modellarchitektur und eine Familie von Deep-Learning-Algorithmen, ideal für die Objekterkennung. Es ist besonders geeignet für die Echtzeit-Objekterkennung und wird in zahlreichen Smart-City- und Industrieanwendungen eingesetzt. Basierend auf dieser Architektur gibt es verschiedene Modelle, wie YOLOv3, YOLOv5 oder YOLOX, eine moderne, leistungsstarke Variante. Nach der Optimierung ist YOLOX ideal für den Einsatz auf ressourcenbeschränkten Edge-Geräten wie dem SOM-SMARC-MX95, wo es eine effiziente Inferenz mit geringem Energie- und Speicherbedarf ermöglicht.
SECO hat dieses SMARC-Modul erfolgreich mit YOLOX getestet, unter Verwendung eines Objekterkennungs- und Personenzählmodells basierend auf einem LiteRT-Framework. Die im SECO App Hub beschriebene Arbeitslast umfasst die Erfassung von Kameradaten, Vorverarbeitung, KI-Inferenz auf der eIQ Neutron NPU und nachgelagerte Auswertung und Ausgabe der Zählergebnisse – was eine praktische Edge-KI-Pipeline für Personenzählanwendungen demonstriert.
Für diese Arbeitslast zeigt die CPU-basierte Inferenz klare Leistungsmerkmale. Die Verarbeitung erreicht eine geringe Latenz von 411,48 ms bei Verwendung von 21,9 MB Speicher, was die grundlegende Funktionalität der Anwendung beweist. Gleichzeitig hebt es das Optimierungspotenzial hervor, das dedizierte KI-Beschleuniger wie die NXP eIQ Neutron NPU bieten, was das SOM-SMARC-MX95 zu einer noch vielversprechenderen Plattform für Personenzähl-Workloads macht.
Erste Schritte mit SECOs Entwicklungsplattform
Entwickelt, um Edge-Computing-Implementierungen zu vereinfachen und zu beschleunigen, macht das DEV-KIT-SMARC es Entwicklern einfach, mit SMARC-basierten Projekten zu beginnen. Das Kit umfasst eine Entwicklungsplattform, die die Arbeit mit SMARC-Modulen vereinfacht und ideal für die schnelle Bereitstellung einer Personenverfolgungsanwendung ist.
Das Entwicklungskit enthält eine umfassende Reihe von Anschlüssen für Netzwerk, Video und Audio sowie Kabel, Speicher und viele andere Schnittstellen. Mit der Flexibilität in der Entwicklung über SECOs Angebot an SMARC-Lösungen im Hinterkopf muss die SMARC-Karte separat bestellt werden.
Für Personenzählanwendungen können mit zwei CSI-Eingangsschnittstellen mehrere Kameras in der Nähe direkt an die Trägerplatine angeschlossen werden, und zwei Dual-RJ-45-Gigabit-Ethernet-Ports ermöglichen die Vernetzung einzelner Kameraknoten oder die Verbindung mit Überwachungssystemen. USB-Buchsen und ein HDMI-Anschluss unterstützen die Integration von Displays und Tastaturen für lokale HMI. Dies wird durch flexible Stromversorgungsoptionen ergänzt, die einen stabilen Betrieb sowohl im Labor als auch in realistischen Demonstrationsaufbauten ermöglichen.
Fazit
Die Zählung von Personen und die Überwachung überfüllter Bereiche in Echtzeit ist für die Sicherheit und den Schutz von Städten weltweit unerlässlich. Erfolgreiche Implementierungen erfordern jedoch leistungsstarke Rechenleistung, um Computer Vision und KI-Inferenz am Edge zu unterstützen. Das SOM-SMARC-MX95 bietet die Rechenleistung, die kompakten Abmessungen, die umfangreiche Kamerunterstützung, die zahlreichen I/O- und Netzwerkschnittstellen, die zur Entwicklung von Personenzähllösungen erforderlich sind.
Zusätzlich zur Hardware zeigt SECO, wie YOLOX-KI-Modelle direkt am Edge bereitgestellt werden können – unterstützt durch das SECO Clea OS, ein gebrauchsfertiges Yocto-Betriebssystem. Schließlich haben eingebettete Systemdesigner einen vereinfachten Weg zur Bewertung und Bereitstellung von Personenzählplattformen mit SECOs vielseitigem Entwicklungskit.
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