Framos konzipiert industrietaugliche Kamera für eine Datenbrille

Laster Technologies wurde 2005 im Forschungszentrum CNRS (Centre National de la Recherche Scientifique) in Paris gegründet. Am jetzigen Standort „Les Ulis“ arbeiten 10 Ingenieure verschiedener Disziplinen: Software und Computer, Optik und Mechanik. Bei Bedarf holen sie sich Verstärkung. Dazu kooperiert Laster in gemeinsamen Ventures mit unterschiedlichsten Forschungseinrichtungen wie beispielsweise dem Institut d‘Optique, der Universität Paris, dem CNRS und verschiedenen Instituten der Fraunhofer-Gesellschaft. Kernangebot ist die selbst entwickelte und patentierte optische „See-thru-Technologie“, die das Unternehmen „EnhancedView“ nennt.
See-thru bedeutet, dass auf den Glas-Displays nicht nur Informationen angezeigt werden, vielmehr kann der Nutzer durch die Brille „hindurchsehen“. Dabei möchte Laster eine möglichst hohe Darstellungsqualität erreichen. Deshalb liegt die Bildauflösung bei über 800 x 600 Pixel – blickt der Nutzer durch die Brille, ist das, wie wenn er einen Bildschirm mit einer Größe von 2,70 Metern Bilddiagonale aus drei Metern Entfernung betrachtet. Die Lösungen des Unternehmens werden unter anderem in den Bereichen Luftfahrt, Militär, Automotive, Logistik, Industrie, Medizin und im Consumer-Markt (Tourismus, Sport und Kultur) eingesetzt.
Seit die erste kommerzielle Lösung 2010 an den Start ging, bringen die Franzosen jedes Jahr ein neues kommerzielles „Off-the-Shelf“-Produkt für optische Anwendungen auf den Markt. Kein Wunder: Das Innovationsunternehmen hat sich auf einen Bereich spezialisiert, der boomt. Datenbrillen sind nicht nur für den Endkonsumenten spannend, der darin zum Beispiel Infos zur nächsten Tankstelle oder dem Programm vom Kino um die Ecke angezeigt bekommt, auch im Business-Umfeld nutzen immer mehr Unternehmen die Verbindung von realer Welt und den da­rübergelegten Informationen, die aus dem Computer kommen. Kurz: Augmented Reality, die erweiterte Wirklichkeit.
Vor allem in den Bereichen Produktion, Montage oder Wartung – dort wo oft beide Hände gebraucht werden – bietet die Technologie Vorteile gegenüber anderen Nutzerschnittstellen. Beispielsweise prophezeit das Marktforschungsinstitut Gartner, dass Unternehmen bis 2017 rund eine Milliarde US-Dollar einsparen könnten, wenn sie die Service-Techniker mit smarter Eyeware ausstatten – weil sich Diagnose und Reparatur vereinfachen lassen und häufig nicht weitere Experten vor Ort sein müssen.

Alte Technik war komplex

Gerade Unternehmen in Luftfahrt, Automotive, Medizin oder Militär fordern eine hohe Genauigkeit der Geräte. Um dies zu gewährleisten, unterstützt seit Juli 2014 der Bildverarbeitungsspezialist Framos mit Global-Shutter-CMOS-Kameras, die mit Hilfe von Partnern für Laster entwickelt wurden. „Framos bietet uns eine angepasste Lösung, mit der sich ein qualitativ hochwertiger, für den industriellen Einsatz konzipierter Sensor in unser Produkt integrieren lässt“, erklärt Thierry Penet, Director Sales & Marketing bei Laster. Besonders wichtig war dem Unternehmen, dass der Kamerasensor eine fokussierbare und austauschbare Optik (M12 Mount) mitbringt, ein besonders stabiles Bild ohne Shutter-Artefakte liefert und rauscharm ist. Gefragt war auch eine niedrige Latenzzeit im Stream von der Kamera bis zum Display, schließlich soll das Bild durch die Brille möglichst ohne gefühlte Verzögerung „ankommen“.
Zuvor hatte das französische Unternehmen eine analoge, ultraschmale Video-NTSC-Kamera im Einsatz. „Diese Kamera benötigte jedoch einen USB-Konverter, der den analogen in einen digitalen VGA-Video-Stream umwandelte. Das hatte neben dem höheren Platzbedarf eine deutlich schlechtere Bildqualität zur Folge, zum anderen hatten die meisten Algorithmen damit große Schwierigkeiten, gute Tracking-Ergebnisse zu bringen“, erklärt Penet.
Die Herausforderung für Laster bestand vor allem darin, die Kamera auf engstem Raum unterzubringen. Zwar gibt es bereits viele kleine Kameras in Smart­phones. Doch die eignen sich nicht, um im industriellen Umfeld verlässlich genutzt zu werden. Sargnagel ist hier der sogenannte Verwischungseffekt, der sich bei bewegten Objekten ergibt. Daher war eine Global-Shutter-Kamera gefragt, weil ein „Global Shutter“ das auf alle Bildpunkte fallende Licht steuert. So sind alle Bildpunkte immer gleichzeitig entweder dem Licht ausgesetzt oder vom Licht abgeschirmt, was Verzerrungseffekte ausschließt. Den Auswahlprozess für die geeignete Kamera-Technologie machten sich die Experten nicht einfach. „Wir haben eine ganze Reihe von Global-Shutter- und auch Rolling-Shutter-Kameras für den industriellen Einsatz untersucht. Ausgangspunkt war ein Anforderungskatalog, den Framos aus unserer Sicht am besten erfüllt hat“, erklärt Benoit Froissard, R-&-D-Ingenieur bei Laster.

Gefragt war winzig und wendig

Der schwierige Part bestand darin, die Kamera exakt für die Benutzung in der speziellen Brille zu designen. Gelöst wurde diese Herausforderung mit dem Aptina-Sensor MT9V024 und einem spezifischen, seriellen Interface, das für die Verbindung der Brille mit dem Computer sorgt. Der Sensor besticht durch eine exzellente Pixel-Performance und Bildqualität durch exakte Farbwiedergabe, hohe Lichtempfindlichkeit und Rauscharmut. Damit der Platz reicht, durfte der Kamerakopf nur mit wenigen Komponenten und Drähten entwickelt werden – trotzdem musste er sich drehen können.
Die auf dem Microsoft Framework „.Net“ basierende in C# programmierte Software, die Framos ursprünglich genutzt hatte, musste nach C/C++ portiert werden, damit Laster sie wie angefordert auf Linux nutzen konnte. In nur drei Monaten stellte der Bildverarbeitungsspezialist Design und auch die komplette Umsetzung fertig.Aktuell arbeitet Laster noch mit Prototypen, in Kürze soll die industrielle Fertigung anlaufen. „Wir sind mit der Zusammenarbeit mit Framos sehr zufrieden, die Reaktionszeiten sind kurz und der Support ist exzellent. Gerade die Ansprechpartner in der französischen Niederlassung halfen uns, das Projekt gemeinsam zum Erfolg zu führen“, berichtet R-&-D-Ingenieur Froissard.

Die Möglichkeiten

„Unsere Kunden können mit der Lösung ihre eigenen Applikationen erstellen, die Bildverarbeitung mit Augmented-Rea­lity-Algorithmen verbindet“, kommentiert ­Sales Director Penet. Beispielsweise kann die Kamera die Umgebung in Echtzeit erfassen und damit die Position der Kamera – und damit die des Nutzers – in einem 3D-Raum berechnen. Daraus lässt sich schließen, welche Aufgabe er gerade zu erfüllen hat, um ihn bei der Ausführung zu unterstützen. Das erhöht die Effizienz und damit die Produktivität. Kunden des Datenbrillen-Herstellers nutzen dafür Software Development Kits von Augmented-Reality-Anbietern oder eigene Algorithmen.
Ein Laster-Kunde aus der Luftfahrtindustrie nutzt die Datenbrille, um seinen Wartungsingenieuren virtuelle Produkt-, Bau- und Schaltpläne über das zu prüfende oder zu reparierende Teil einzuspielen, Handlungsanweisungen zu geben und so das betreffende Bauteil beziehungsweise die Maschine zuverlässig und fehlerminimiert zu warten. Bei sehr speziellen Reparaturaufträgen kann durch Nutzung dieser Vorgehensweise beispielsweise das teure Einfliegen von Experten vermieden werden.
Mit der neuen Datenbrillen-Lösung möchte Laster zusätzliche Zielgruppen und Märkte erschließen, darunter Security, Defense und Sport. „Die in Zusammenarbeit mit Framos entwickelte Kamera eröffnet uns die Möglichkeit, eine komplette Lösung für Bereiche zur Verfügung zu stellen, in denen „Data on the fly“ eine besonders wichtige Rolle spielt“, resümiert Penet. jbi |

Ute Häußler ist Leiterin Marketing Kommunikation bei Framos.