Bildverarbeitungssysteme

Andreas Mühlbauer,

Sehen und denken mit Embedded Vision

Die „Intelligenz“ autonomer sowie vernetzter Systeme wird maßgeblich durch deren Fähigkeit bestimmt, Sachverhalte, aber auch die Umgebung zu erkennen. Einen wesentlichen Beitrag dazu leisten Embedded-Vision-Systeme, die die Möglichkeiten der Maschine deutlich erweitern. Von Claudia Unterhuber

Embedded Vision sorgt als integrierte Technologie in Geräten und Maschinen dafür, dass alle Branchen und jede Art von Anwendung Nutzen aus Bildverarbeitung ziehen. Sehende Roboter oder sich selbst positionierende Laser sind industrielle Beispiele. © Gorodenkoff / Fotolia

Die wachsende Anzahl „intelligenter“ Geräte und Maschinen in der Industrie und dem Consumer-Bereich stellt neue Anforderungen an die Einbettung von Bildverarbeitungsfunktionalitäten und -systemen. Egal ob selbstfahrendes Auto, intelligenter Staubsauger oder der interagierende Roboter als Kollege in der industriellen Fertigung – erst vollständig integrierte Vision-Systeme als nativer Bestandteil der neuartigen Anwendungen machen diese sinnvoll nutzbar.

Embedded Vision ermöglicht visuelle Intelligenz für Maschinen und bringt ihnen so das Sehen und Denken bei. Embedded Vision beschreibt die Kombination von Bildverarbeitung innerhalb eines Gerätes mit dem digitalen Processing und intelligenten Algorithmen, um die gewonnenen Bild- und Videodaten auszuwerten. So kann die „sehende und denkende“ Maschine auf Ereignisse und Prozesse reagieren sowie mit der Umgebung interagieren. Die integrierte Bildverarbeitung ist die Grundlage für eine sichere Mensch-Maschine-Kollaboration und das vernetzte Arbeiten von Robotern und Maschinen in der automatisierten Industrie 4.0.

Vorteile von Embedded-Vision-Plattformen
Wichtig für die Ausbreitung der ganzheitlich integrierten Systeme war und ist die fortschreitende Miniaturisierung bei gleichzeitig steigender Leistung. Embedded Vision führt zu einem verringerten Platzbedarf, weniger Gewicht und damit zu einem geringeren Energieverbrauch und niedrigeren Stückkosten. So kann auch eine Drohne sehen, ohne maßgeblich an Umfang oder Gewicht zuzunehmen – was für den Energieverbrauch, die Wendigkeit und die Reichweite von enormer Wichtigkeit ist. Auch die Dynamik eines Roboters wird durch die leichten und kompakten Systeme nicht beeinträchtigt. Intelligente „erkennende“ Anwendungen können damit in stationären sowie auch in mobilen und sogar tragbaren Geräten eingebaut sein.

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Embedded-Vision-Module sind sehr kompakt und energiesparend. © Framos

Dr. Christopher Scheubel, Framos IP & Business Development, sagt dazu: „Die Miniaturisierung ermöglicht den Ersatz von externen Machine-Vision-Systemen durch integrierte Embedded Vision. Diese Entwicklung wird sich in den nächsten Jahren, beispielsweise durch neue Technologien wie die Intel RealSense Suite, weiter beschleunigen. In ein paar Jahren wird fast jedes Gerät durch Embedded-Vision-Systeme sehen und denken können.“

Embedded Vision sorgt als integrierte Technologie in Geräten und Maschinen dafür, dass alle Branchen und jede Art von Anwendung Nutzen aus Bildverarbeitung ziehen. Sehende Roboter oder sich selbst positionierende Laser sind industrielle Beispiele. Im Consumer-Bereich lassen selbstfahrende Autos und viele weitere Anwendungen das große Potenzial von Embedded Vision erahnen.

Teil des Gesamtsystems
Klassische Bildverarbeitungssysteme aus einer externen Kamera, einem Stand-alone-PC sowie Zubehör benötigten oft sehr viel Platz und waren meist teuer. Sie wurden als proprietäre Systeme entwickelt, was den Aufwand zur Einbindung in eine Applikation sehr kompliziert macht. Embedded-Vision-Systeme sind dagegen direkt im Gerät oder in der Maschine integriert, und die Entwicklung ist somit als Teil des Gesamtprojektes von Beginn an mit dem Gerät verzahnt. Embedded-Vision-Systeme können für eine bestimmte Anwendung konzipiert werden, was bei hohen Stückzahlen zu einer starken Reduzierung der Kosten pro System führt.

Das Herzstück eines Embedded-Vision-Systems ist die intelligente Kamera. © Framos

Im Wesentlichen bestehen Embedded-Vision-Systeme aus den drei Komponenten Miniatur-Kamera ohne Gehäuse, Processing Unit und platzsparendes Interface. Die Systeme sind komplett flexibel gestaltbar. Herzstück ist die intelligente Kamera, wobei das ein einfacher Vision-Sensor oder auch eine Highend-Kamera sein kann. Kamera- und Beleuchtungseinstellungen werden damit ebenso Projektbestandteil des Gesamtsystems wie die Parametrisierung und Programmierung von Vision-Algorithmen.

Embedded Vision für Industrie 4.0 und IoT
Aufgrund der beschriebenen Eigenschaften und der hohen Gestaltungsvielfalt sind Embedded-Vision-Systeme die Basis für die intelligente Automatisierung der Industrie 4.0 und die moderne Fertigung. Das Potenzial der sehenden, denkenden und damit interaktiven Maschinen kommt in Internet-of-Things-Umgebungen und vernetzten Systemen voll zum Tragen. Die Integration von verschiedenen Vision-Systemen mit unterschiedlichen Video- und Vision-Ein- und Ausgängen sowie unterschiedlichen Imaging Pipelines ist dabei eine Herausforderung für die neuen Embedded-Architekturen und bildverarbeitungsbasierte Analysen in Echtzeit. Trigger und Steuerimpulse lasen sich synchron mit dem Gesamtsystem steuern, selbst in dynamischen Systemen unter wechselnden Rahmenbedingungen. Genau darin liegt der Vorteil von Embedded Vision und die Chance, neue Anwendungen mit Hilfe von Bildverarbeitung sehen und denken zu lassen. Für die Qualitätskontrolle, die Robotersteuerung und eine effizientere Produktion benötigen Hersteller gleichbleibend präzise Ergebnisse. Die immer tiefere Integration von Embedded Vision und ihre Weiterentwicklung helfen bei der erfolgreichen Umsetzung.

Industrielle Anwendungen

Consumer-Anwendungen

Drohnen für Prozessüberwachung und Optimierung

Home Robotics bspw. Staubsaugerroboter und Mähroboter

Mensch-Maschine-Kollaboration

Home Security

Qualitäts- und Prozesskontrolle

Entertainment (Virtual Reality)

Mixed Reality (MR) für bspw. Montageaufgaben

Wearables, bspw. Helme und Kleidung

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