25 Jahre Matrix Vision Vier Fälle für scharfsinnige Kamera-Detektive

Redakteur: Ines Stotz

Sie sind wie ein guter Detektiv aus einem Kriminalroman. Intelligente Kameras eines mittelständischen Unternehmens aus der Nähe von Stuttgart observieren mit scharfer Optik in den Diamantenminen Australiens, überwachen Straßen und Wasserwege in Europa und detektieren auch schon mal Zentrierfehler optischer Linsen.

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Wenn sich 150 Tonnen Stahl in Bewegung setzen, überwachen zwei intelligente Kameraaugen den Bereich ums Fahrzeug. In Echtzeit und 3D werden Personen erkannt und der Fahrer sofort gewarnt. Die Voraussetzungen zum Einsatz brachte die mvBlueCOUGAR-X mit ihren Features.
Wenn sich 150 Tonnen Stahl in Bewegung setzen, überwachen zwei intelligente Kameraaugen den Bereich ums Fahrzeug. In Echtzeit und 3D werden Personen erkannt und der Fahrer sofort gewarnt. Die Voraussetzungen zum Einsatz brachte die mvBlueCOUGAR-X mit ihren Features.
(Bild: Matrix Vision / Traffic AfWK&D)

Versetzen wir uns für den ersten Fall zunächst in die Argyle Diamantenmine in Australien. Wenn dort der Fahrer eines 150 Tonnen Muldenkippers seine wertvolle Last durchs Gelände bugsiert, hat er nicht nur ein schweres Fahrzeug zu steuern sondern auch ein großes Problem: Er kann nur sehr eingeschränkt sehen, was um und hinter seinem Giganten vor sich geht. Dies birgt ein hohes Gefahrenpotenzial für das Personal vor Ort.

Diese Gefahren zu reduzieren, machte sich das französische Unternehmen Arcure zur Aufgabe. Es entwickelte ein System, das Gefahrenbereiche von Muldenkippern, Baggern, Radladern und anderen Baumaschinen dreidimensional erfasst und prüft, ob sich dort Personen befinden.

Dass es heute sowohl Down Under als auch auf Baustellen weltweit möglich ist, solch lebensbedrohliche Szenarien in Echtzeit zu ermitteln, ist auch ein Verdienst zweier technischer Visionäre mit Sitz im Schwäbischen Wald. Dort, genauer gesagt in Oppenweiler/Rems-Murr-Kreis, wurde vor über 25 Jahren von Gerhard Thullner und Werner Armingeon die Matrix Vision GmbH gegründet. Heute sind in dem Unternehmen 60 Mitarbeiter beschäftigt, die sich den unterschiedlichen Herausforderungen in der industriellen Bildverarbeitung annehmen.

GigE-Kameras mit einzigartigen Funktionen für die Automatisierung

Im Fall des so genannten Blaxtair-Systems von Arcure, das auf einem stereoskopischen Vision-System basiert, ging es darum, die geeigneten digitalen Kameras sowie leistungsstarke Echtzeit-Bildverarbeitungs-Algorithmen zur Verfügung zu stellen. Da sich die Kamera nicht direkt im Führerhaus befindet, kam nur Gigabit-Ethernet als Schnittstelle in Frage. Dass die Wahl nach Tests von GigE-Kameras unterschiedlicher Anbieter auf die mvBlueCOUGAR-X von Matrix Vision fiel, ist ihren einzigartigen Funktionen zu verdanken.

Kameras für den robusten Einsatz

Für den Einsatz auf Baustellen und in Minen müssen die Kameras robust gebaut sein und hohen Temperaturen von bis zu 70°C über mehrere Stunden standhalten. Eine hohe Schlagfestigkeit wurde daher von Arcure ebenso gefordert wie Temperaturresistenz und -überwachung.

Kameras mit guter Helligkeitsautomatik und perfekter Synchronisation

Um die Personen im Umfeld der Baumaschinen jederzeit schützen zu können, müssen die Kameras schnelle Bildfolgen verarbeiten. Voraussetzung dafür ist eine gute Helligkeitsautomatik (Exposure und Gain) mit Bereichseingrenzung. Erst dann liefert sie hochwertige Bilder unter allen Beleuchtungsverhältnissen.

Für die Umsetzung des stereoskopischen Überwachungssystems ist außerdem eine lange und unempfindliche Kabelverbindung zwischen Rechner und Kamera Voraussetzung. Ebenso wie die beiden Kameras für die Bild-zu-Bild-Überwachung perfekt synchronisiert sein müssen. Hier zeigen sich die Matrix Vision GigE-Kameras der neuesten Generation, die in ihrem FPGA mit hochentwickelten Features ausgestattet sind, als perfekt für die 3D-Applikation.

Vision-System erkennt Menschen in jeder Position

Das Blaxtair System von Arcure, bestehend aus zwei stereoskopisch angeordneten mvBlueCOUGAR-X sowie leistungsstarken Echtzeit-Bildverarbeitungsalgorithmen, erkennt präzise und zuverlässig Menschen, unabhängig von deren Lage, ob stehend oder kniend.

Die Algorithmen werden dazu verwendet, 3D-Daten zu scannen und zu berechnen, ob sich eine Person in einem bestimmten Bereich aufhält. Die Berechnung findet dabei mit einer Geschwindigkeit von zehn Informationseinheiten pro Sekunde statt. Falls eine Person erkannt wurde, wird der Fahrer innerhalb von 300 ms nach dem Ereignis alarmiert, sowohl optisch per Blinksignal und Flachbildschirm als auch akustisch durch einen Alarmton.

Mittlerweile sind tote Winkel bei zahlreichen Baumaschinen und auf vielen Baustellen, auch Dank der Kameras von Matrix Vision, Vergangenheit. So lässt sich heute das Unfallrisiko auf Baustellen beträchtlich senken.

Tatort Frankreich: Objekt Geisterfahrer

Der nächste Fall, bei dem die scharfsinnigen Kamera-Detektive von Matrix Vision für mehr Sicherheit sorgen, spielt in Frankreich. Wie in anderen europäischen Ländern sind auch hier die so genannten „Geisterfahrer“ ein großes Problem. Bei einer Gesamtzahl von rund 109.000 Unfällen mit Personenschaden (Quelle: Französisches Innenministerium) sind nach Schätzungen bei rund 820 Unfällen Falschfahrer die Ursache.

Französische Autobahn-Gesellschaften suchten deshalb nach einer Lösung, Falschfahrer rechtzeitig zu erkennen und ihnen zu signalisieren, dass sie vom rechten Weg abgekommen sind. Es war naheliegend, auch für die Fahndung nach Geisterfahrern intelligente Kameras an zuvor identifizierten Unfallschwerpunkten einzusetzen.

Bildverarbeiter bieten technische Orientierungshilfen

Dass die schwäbischen Bildverarbeitungs-Spezialisten auch hier wieder mit einem anspruchsvollen Auftrag betraut wurden, überrascht nicht. Der Blick in die Unternehmensgeschichte zeigt immer wieder, dass die beiden Gründer Werner Armingeon und Gerhard Thullner, wie auch der Partner Uwe Furtner, in der bewegten Szenerie der Bilddatenverarbeitung nicht nur zuhause sind, sondern auch immer wieder technische Orientierungshilfen für die Branche anbieten.

Am Beispiel der Smart-Kameras zeigt sich, dass das Ideenkonzept von Armingeon im Jahr 1999, Intelligenz in die Kamera zu integrieren, bis heute voll aufgegangen ist. Dabei muss man sich in Erinnerung rufen, dass es noch bis vor wenigen Jahren kaum bekannt war, dass Kamerasysteme Bilder nicht nur aufnehmen, sondern diese auch interpretieren können.

Kameras zeichnen autonom Verdächtige auf

So auch bei den in Frankreich eingesetzten intelligenten mvBlueLYNX Kameras von Matrix Vision. Sie sind in ein System zur Unfallvorbeugung integriert und verrichten ihre Ermittlungsarbeit völlig autonom. In einem Zusatzgehäuse wetterfest untergebracht, verfügen sie über einen Funksender und -empfänger, werden über Solarelemente mit Strom versorgt und können Tag und Nacht verdächtige Verkehrsteilnehmer aufzeichnen.

Jede Kamera beobachtet dabei eine Autobahn-Auffahrt und erkennt alle Falschfahrer – ob per Fahrrad oder mit einem anderen Fahrzeug unterwegs. Unmittelbar nach der Identifizierung erzeugen sie ein Funksignal, das an ein Lichtsystem übermittelt wird und die fehlgeleiteten Verkehrsteilnehmer optisch auf ihr Vergehen hinweist. Dies kann zwar Fahrten mit Suizidabsicht und auch falsch verstandene Mutproben nicht verhindern. Die Bilder werden jedoch auch aufgezeichnet, was die Aufklärung auch derartiger Fälle wesentlich vereinfacht.

Zentrierfehlern auf der Spur mit bildverarbeitenden Kameras

Wie vielfältig bildverarbeitende Kameras heute eingesetzt werden können, zeigt ein Beispiel, bei dem es im Gegensatz zu den Überwachungsaufgaben in Australien und Frankreich nicht um die große Übersicht, sondern um kleinste Details geht: das Detektieren von Zentrierfehlern bei optischen Linsen.

Deren Herstellung ist durch mechanische Fertigungsschritte wie Schleifen, Polieren, Zentrieren und Beschichten extrem aufwendig und führt nicht selten zu sogenannten Zentrierfehlern. Diese werden auch als Flächenkippfehler bezeichnet und sind ein Maß für die Abweichung der optischen Achse zur geometrischen Achse einer Linse.

Bei exakter Bestimmung der Abweichung der Achsen kann ein Aussortieren solcher Linsen verhindert werden, was eine ganze Menge Geld spart. Bislang kommen dafür Messgeräte mit geeigneter Vorsatzoptik und einem Kollimator – ein Gerät zur Erzeugung eines parallelen Strahlenverlaufs – zum Einsatz. Diese Messgeräte haben jedoch den Nachteil, dass sie bei ständig wechselnden Linsentypen kompliziert in der Handhabung sind.

Messgerät auf Basis des Reflexbild-Verfahrens

Das Unternehmen Jos. Schneider Optische Werke, bekannt unter dem Markennamen Schneider-Kreuznach, suchte deshalb nach einer Lösung mit höherer Genauigkeit sowie besserer Handhabbarkeit und entwickelte ein Messgerät auf Basis des Reflexbild-Verfahrens.

Die erste Generation des Messgeräts verwendete als Basis die klassische Kamera/Framegrabber-Lösung. Allerdings sollte letztere in einer aktuellen Generation einer Lösung mit digitaler USB-Kamera weichen und so das Messgerät vereinfachen. Um das Grunddesign des Gerätes nicht ändern zu müssen, benötigte Schneider-Kreuznach eine kleine, flexible Lösung mit guter Bildqualität.

Diese Eigenschaften fanden die Entwickler bei Schneider Kreuznach in der Modulvariante der mvBlueFOX Kamera von Matrix Vision. Mit jeweils 38,8 mm Länge und Breite und bei einer maximalen Tiefe von 34 mm passte das Modul in die vorgegebene Form. Neben dem zusätzlichen Bildspeicher von 8 MByte für eine sichere Bildübertragung überzeugte auch die Qualität der rauscharmen Bilder.

Das Messgerät und die Kamera bilden jetzt ein perfektes Team, das selbst die höchsten Ansprüche mit der Genauigkeit von 0,01 Winkelminuten erfüllt. Zentrierfehler werden direkt nach ISO 10110 gemessen, ohne dass irgendwelche Linsendaten wie Radius oder Brennweite wie bei anderen Verfahren bekannt sein müssen.

Die spezielle Anordnung von Projektor und Empfänger in Verbindung mit einem wirksamen Raumfilter ermöglichen dem Gerät eine hohe Trennschärfe bei der Antastung der optischen Flächen. Linsen mit einer Mittendicke von 0,4 mm können ohne Probleme vermessen werden. Da das Prüfgerät mit zwei Messköpfen ausgestattet ist, können auch zwei mvBlueFOX-M Module eingesetzt werden. Somit lassen sich Linsen mit zwei Linsenflächen beidseitig vermessen, ohne dass die Linse gewendet werden muss.

Eine Aufgabe, bei der es wieder auf schnell ermitteln und entscheiden ankam und die somit wie geschaffen war für die scharfsinnigen und kompakten Detektive von Matrix Vision. Und natürlich auch für die Entwickler des Unternehmens, die gerne den Fuß auf Neuland setzen, um mit Engagement und Kreativität gemeinsam mit ihren Kunden neue Wege zu außergewöhnlichen Lösungen zu entdecken.

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