Die klassische Bildverarbeitung erlebt gerade einen richtungsweisenden Wandel. Künstliche Intelligenz (KI) soll diese noch leistungsstärker machen: KI verarbeitet und analysiert große Mengen an Daten schnell, effizient und mit hoher Genauigkeit, auch variantenreiche Objekte sind keine Herausforderung mehr.
Dennoch trauen sich viele Unternehmen noch nicht an die neue Technologie heran. Ist KI zu komplex und für neue Märkte noch nicht benutzerfreundlich genug? Eine Gruppe von Studierenden der Hochschule Kempten hat sich im Rahmen ihres Masterstudiums dem Thema Bildverarbeitung mit KI gestellt – allesamt angehende Ingenieure und keine Softwareentwickler.
Ziel war die Entwicklung Mühle-spielender Roboter, die ortsunabhängig gegeneinander antreten können. Grundlage dafür stellt der Einsatz eines Bildverarbeitungssystems zur Erkennung von Veränderungen auf dem Spielbrett dar. Dabei wurde eine intelligente Kamera als Sensor mit den Robotern verknüpft. Zusätzlich entstand während des Projektes ein digitaler Zwilling des realen Roboters, der an dessen Stelle spielen konnte.
Benutzerfreundliches KI-System
Das eingesetzte Vision-System sollte benutzerfreundlich und einfach zu bedienen sein, die Kamera KI-ready und industrietauglich. Nach umfangreichen Tests fiel die Wahl schließlich auf IDS NXT – ein Komplettsystem für den Einsatz von intelligenten Kameras. Marco Ullrich, wissenschaftlicher Mitarbeiter der Hochschule Kempten: „Das IDS NXT-System war ideal für unser Projekt. IDS konzentriert sich darauf, die Hürde für den Einsatz von KI in realen Anwendungen zu senken. Das heißt, KI benutzerfreundlich zu gestalten und auch Anwendern ohne Programmiererfahrung zugänglich zu machen.“
Die größte Herausforderung sahen die Studierenden in der Integration der Kamera in das Robotersystem. Dies erwies sich als Trugschluss. Denn IDS NXT benötigt keinen zusätzlichen PC für die Bildverarbeitung. „Alles läuft auf der Kamera selbst ab, keine weitere Verarbeitungseinheit ist erforderlich. Dies machte es widererwartend einfach, das System in unsere bestehende Einrichtung zu integrieren“, erklärt Ullrich.
Kommunikation mit OPC UA
Die Kommunikation der Kamera mit dem Projektumfeld wurde mittels des Industrieprotokolls OPC UA realisiert. Damit können Kameras direkt mit Maschinen und Steuerungen in derselben Sprache kommunizieren und Aufgaben und Ergebnisse unmittelbar austauschen. Die Kamera wurde dafür über ein Ethernet-Kabel durch einen Switch mit der SPS verbunden und detektiert nach jedem Spielzug zuverlässig die Position aller Steine und vergleicht diese mit dem Soll-Zustand.
Das IDS NXT-System bietet außerdem schlüsselfertige Vision Apps, mit deren Hilfe viele unterschiedliche Bildanalysen durch individuell trainierte neuronale Netze ausgeführt werden können – auch ohne Programmierkenntnisse. Im Falle der Mühle-Roboter wurde die App „Classifier“ eingesetzt. Sie nutzt Machine-Learning-Methoden zur Klassifikation von Bildinhalten. „Der App-Ansatz ist sehr intuitiv, besonders, wenn man kein Programmierer ist und sich mit KI-Algorithmen nicht auskennt“, so Marco Ullrich.
Auch für Laien bedienbar
Das aus diesem eher spielerischen Projekt gewonnene Wissen kann durchaus auf komplexere Systeme, wie eine Produktionsanlage, übertragen werden. Denkbar wäre die Optimierung von Produktionsprozessen oder der Qualitätskontrolle. Bildverarbeitung mit KI kann jedoch viel mehr. In der Logistikautomation kann sie zur Aufrechterhaltung des Warenflusses beitragen oder in der Medizintechnik bei der Diagnose unterstützen.
Das Beispiel Kempten zeigt, dass KI-Technologie nicht ausschließlich Experten vorbehalten ist. Dank einfacher Werkzeuge, die keine Kenntnisse in Hochsprachenprogrammierung erfordern, können auch Bildverarbeitungs-Laien damit arbeiten. Dies bekräftigt IDS-Geschäftsführer Jan Hartmann: „Das Verständnis wächst, dass KI heute weder allmächtig, noch zu komplex für den Einstieg ist. Die Technik ist beherrschbar und löst mit wenig Aufwand erstaunlich gut Aufgaben, die zuvor aufwändig programmiert werden mussten“.
IDS Imaging Development Systems GmbH
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