Industrielle Bildverarbeitung Smarte Bildverarbeitung in der Industrie 4.0

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Neue IIoT-Anwendungen – möglich macht das eine Portfolio-Erweiterung der Matrix Vision GmbH: Hochauflösende 3D-Stereo-Kamerasysteme mit bis zu 12 Megapixel-­Sensoren und integriertem Projektor.

Industrie 4.0 lebt von Use-Case-Szenarien und diese wiederum werden beflügelt von technologischen Innovationen. Auch die industrielle Bildverarbeitung erlebt durch die Anforderungen neuer IIoT-Anwendungen einen anhaltenden Boom. Als Marke des Sensor- und Automatisierungsspezialisten Balluff kennt die Matrix Vision GmbH die Anforderungen im Anlagen- und Maschinenbau genau und entwickelt stetig noch leistungsstärkere Hard- und Software für die industrielle Bildverarbeitung.

Tiefeninformationen in der dritten Dimension

Jetzt hat Matrix Vision sein Portfolio erweitert – und zwar um zwei 3D-Stereo-Kameras, einmal mit 1,2 Megapixeln und einmal mit 12 Megapixeln Auflösung. «Unsere Kamerasysteme helfen dem Maschinen- und Anlagenbau bei der Verteilung von Einzelteilen aus einer grossen Menge heraus, komplexe Zuführkinematiken zu vermeiden. Die oft technisch aufwendig und kostspielig sind und meistens viel Platz benötigen», erklärt der zuständige Produktmanager Fabian Furtner die Vorteile der Kamerasysteme von Matrix Vision. Oft eingesetzt wird das sogenannte Bin-Picking, bei dem ein industrieller Greifroboter über eine Bildverarbeitung geführt nach Teilen in einer Box greift», so Furtner. «Der Einsatz der Kamerasysteme für derartige Industrie-4.0-Anwendungen reduziert den technologischen Aufwand, spart Platz und schont die Umwelt.»

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Die Matrix-Vision-3D-Kameras basieren auf der Stereotechnologie: Über zwei Kameralinsen werden Bilder einer Szene leicht versetzt zueinander erfasst. Die Bildverarbeitung geht dabei deutlich über die von konventionellen Digitalkameras hinaus, denn es werden auch Tiefeninformationen als dritte Dimension berechnet. Das kleinere Ka­merasystem von Matrix Vision hat einen «Augenabstand» von 65 mm, das grosse von 160 mm. Hinzu kommt ein Nvidia-Board, das durch die Korrelation von Strukturen im linken und rechten Kamerabild ein 3D-Bild direkt auf der Kamera berechnet. Diese Technologie ist gerade für die Logistik und Robotik interessant.

Denn neben der Lokalisierung von Objekten in einer planaren (X-Y-)Fläche spielt auch die Z-Richtung eine Rolle, etwa zur Positionsbestimmung eines Objekts relativ zum Betrachter, um einen Greifvorgang auszulösen.

Ausreichend Bewegungsfreiheit

Doch was bringt die zehnmal so hohe Auflösung von 4096 × 3008 Pixel und ein Tiefenmessbereich von 0,5 m bis 4,0 m des grossen Systems? «Über das hochauflösende 3D-Kamerasystem lassen sich die Objekte von einer grösseren Distanz bestimmen und viel kleinere Objekte erkennen. Man muss nicht so dicht mit der Kamera am Ort des Geschehens sein, was von Vorteil ist, wenn dort ungünstige Bedingungen wie hohe Temperatur herrschen oder dem Roboter ausreichend Bewegungsfreiheit gewährt werden muss», erklärt Fabian Furtner.

Verarbeitung sehr vieler Daten

Mit 12 Millionen 3D-Datenpunkten bei einer 12-Megapixel-Auflösung erfasst die Kamera jedes Detail, und das mit einer Bildwiederholungsrate von bis zu 9 Hz – das ist eine ganz besondere technologische Leistung. Die Herausforderung: Es müssen sehr viele Daten verarbeitet werden, was eine hoch performante Hardware auf den Plan ruft. Dadurch jedoch, dass eine sehr gute GPU-­basierte Auswerteeinheit von Nvidia zum Einsatz kommt, sei das alles kein Problem, versichert der Produktmanager.

Über eine GigE-Vision-Schnittstelle lassen sich auf Basis der Kameradaten eigene 3D-Applikationen erstellen. Erleichtert wird dies durch die im Lieferumfang enthaltene Software-Bibliothek, sodass die 3D-Berechnung auf die Grafikkarte outgesourct werden kann. Dies entlastet die CPU der Processing Unit.

All-in-one: das Smart Product

Das kompakte, 1,2 Megapixel auflösende System indes braucht keinen Extra-PC. Die Auswerteeinheit ist im Sinne eines «all-in-one» in der 3D-Kamera verbaut. In der Lesart von Industrie 4.0 handelt es sich also um ein «smart product».

Das drückt die Betriebskosten, unter anderem weil es wartungsoptimiert ist. Zur Erkennung der Objekte gibt es verschiedene Softwaremodule, die für unterschiedliche Applikationen optimiert sind. Bei manchen sind 3D-Modelle notwendig, an denen der Algorithmus trainiert wird, bei anderen nur wenige Einstellungen im Webinterface der Kamera. Aber dies sei relativ schnell erledigt, so der Produktmanager.

Bei den angesprochenen Zielgruppen gibt es einen gewissen Überlappungsbereich. Mit dem niedrigauflösenden Kamerasystem werden zum Beispiel Robotersystemintegratoren und Maschinenbauer angesprochen. Durch die benutzerfreundliche und einfache Software kann das System auch ohne ausgesprochene Expertise im Bereich der industriellen Bildverarbeitung integriert werden. Das 12-Megapixel-System bietet zudem die Möglichkeit der komplexen Applikationsentwicklung. Diese wird meist nicht vom Maschinenhersteller direkt, sondern von einem Entwicklungspartner durchgeführt. Beiden Systemen gemein ist die robust-professionelle Ausführung.

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