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Bild: Framos; iStock, Freder

3D-Sensing-Technologie für intuitive Mensch-Maschine-Interaktion Intelligente Maschinen dank Perceptual Computing

15.02.2018

Perceptual Computing stattet Maschinen mit Intelligenz und menschlichen Sinnen aus, wodurch diese fühlen, verstehen, mit ihrer Umgebung interagieren und stetig dazulernen können. Mittlerweile ist die 3D-Sensing-Technologie ausgereift und zu erschwinglichen Preisen zu haben. Die Zeit ist reif für den Sprung in den Massenmarkt.

Perceptual Computing steht für die berührungslose Bedienung von Geräten durch Eye-Tracking, Gesten- und Gesichtserkennung. Mit Perceptual Computing werden völlig neue intelligente Anwendungen für Drohnen, Consumer-Geräte sowie Industrie- und Heimroboter möglich. Beispiele dafür sind unter anderem Kaffeemaschinen, die ihre Benutzer und deren Trinkvorlieben erkennen, Menschen, die Geräte mit Gesten bedienen, als würden sie mit einem anderen Menschen interagieren und intelligente Reinigungsroboter, die Hindernisse umfahren und Alarm schlagen, wenn sie auf dem Boden Wertgegenstände entdecken.

3D-Sensing-Technologie ist der Schlüssel zu einer intuitiven Mensch-Maschine-Interaktion. Sie ermöglicht es Industrie-
robotern, Gegenstände menschenähnlich zu greifen, abzulegen und während dieser Bewegungen Zusammenstöße zu vermeiden. Dadurch wird die Mensch-Maschine-Interaktion sehr effektiv und intuitiv: Drohnen folgen Menschen und erkennen Hindernisse, Überwachungs- und Sicherheitsanwendungen interpretieren kritische Situationen intelligent und leiten Maßnahmen gegen Gefahren ein.

Applikationen werden 3D-fähig

Neue 3D-Sensing-Produkte verbessern Perceptual-Computing-Anwendungen und heben dadurch Embedded Vision auf ein völlig neues Level. Ein Beispiel dafür ist die Technologielinie Realsense von Intel. Die Realsense-Technologie basiert auf Stereo-Vision. Dabei werden zwei Kamerabilder im Infrarotbereich aufgenommen und anschließend wird nach identischen Pixeln auf den beiden Bildern gesucht. Über ein Triangulationsverfahren lässt sich anschließend die Tiefeninformation des betreffenden Pixels bestimmen. Mit dieser Technologie können OEMs und Vision-Ingenieure menschen-
ähnliche 3D-Wahrnehmung in ihren Anwendungen implementieren, ohne dass dafür eine komplette Neuentwicklung erforderlich ist.

Die Realsense-Technologie umfasst verschiedene Komponenten, die es Geräten oder Maschinen ermöglichen, zu verstehen und mit der Umgebung zu interagieren. Sie zeichnet sich durch ein kompaktes Design aus.

Dank eines speziellen Vision-Prozessors bietet sie eine besonders hohe Tiefenerfassungsqualität. Der niedrige Stromverbrauch und eine schnelle USB-Verbindung tun ihr Übriges. Neben dem Vision-Prozessor umfasst die Produktlinie verschiedene Tiefenmodule und -kameras sowie ein Software Development Kit (SDK).

Einfache Entwicklung dank Developmentkits

Die Out-of-the-Box-Kits von Realsense stellen Imaging- und Vision-Ingenieuren direkt einsatzbereite Komponenten zur Verfügung, mit deren Hilfe Anwendungen 3D-fähig werden. Entwicklungszyklen können damit minimiert und die Markteinführungszeit deutlich verkürzt werden. Beispielsweise lassen sich die Realsense-Tiefenkameras der Serie D400 unkompliziert per USB zu vorhandenen Prototypen hinzufügen. Wo typische 3D-Lösungen bisher scheiterten, sind dank der hohen Bildauflösung, hoher Bildraten und integriertem Infrarot-Projektor sowohl Anwendungen für In- als auch für Outdoor-Umgebungen möglich. Durch das SDK vereinfacht sich die Entwicklung erheblich. Die Tiefendaten werden vom integrierten Prozessor erstellt und können direkt von der Kamera an die ausgewählte Auswertungsplattform weitergeleitet werden. Das Realsense-SDK ist unter anderem für Windows und Linux verfügbar. Es bietet Beispielcodes, Debugging-Tools und Auswertungsprogramme zur Beschleunigung von Vision-Projekten.

Entsprechend der spezifischen Anforderungen kann der Vision-Ingenieur aus einer Vielzahl verfügbarer Tiefenmodule das am besten geeignete Modul auswählen. Die Produkte der Realsense-Linie unterscheiden sich beispielsweise durch Spezifikationen wie IR-Projektor, Sichtfeld oder Shutter-Typ. Falls eine tiefere Integration notwendig ist, können die Vision-Prozessoren von Intel mit kundenspezifischen Kameras und Boards kombiniert werden. Anhand der von mehreren Kameras eingehenden Raw-Bildströme berechnen die Real-
sense-ASICs hochauflösende 3D-Tiefenkarten, ohne dass hierfür ein eigener Grafik- oder Hostprozessor benötigt wird. Diese integrierte Lösung kann den Hostprozessor des Systems deutlich entlasten.

Die neue Normalität: Maschinen die sehen

Auf 3D-Tiefenerfassungstechnologie basierendes Perceptual Computing wird schnell in unterschiedlichen Produkten, Geräten, Unterhaltungsangeboten und auch in der Industrie Einzug halten. Diese Technologie verbindet das Erfassen von Information mit deren Interpretation. Grundvoraussetzung dafür ist die Sensortechnologie, die einer Maschine zwei- und dreidimensionale Bilddaten liefert. Dahinter folgt ein Prozessor, der diese Daten auswertet und Entscheidungen trifft. Je nach Anwendung kann dies eine GPU, ein FPGA oder ein ASIC sein. Auf diesen Plattformen lassen sich intelligente Algorithmen implementieren, die beispielsweise Objekte, Gesten oder Gesichter erkennen. Perceptual Computing unterstützt Virtual und Mixed Reality (VR/MR). Im industriellen Umfeld können mit Hilfe von Perceptual Computing Fertigungs- und Transportprozesse überwacht und optimiert werden. Industrielle Roboter reagieren aufgrund dessen auf ihre Umwelt, zum Beispiel auf eine Person, die sich unbefugt im Fertigungsbereich aufhält. Dadurch lassen sich Unfälle vermeiden und Verletzungsrisiken minimieren. Perceptual Computing bietet dem Endkunden ein nie gekanntes Benutzererlebnis im Umgang mit Geräten und Maschinen. Mit der modernen 3D-Sensing-Technologie lassen sich zukunftsweisende Anwendungen umsetzen, in denen Maschinen sehen und denken können. Die leistungsstarke Technologie versetzt Produktentwickler in die Lage, die zugehörigen Anwendungen in sehr kurzer Zeit umzusetzen.

Bildergalerie

  • Die Realsense-Produktlinie sorgt dafür, dass Maschinen sehen und denken können.

    Bild: Framos

  • Stereo-Vision ist die Grundlage der Realsense-Technologie von Intel.

    Bild: Framos

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