Event Based Camera

Vision Cam EB

Die Vision Cam EB verwendet einen event-basierten Sensor und stellt ein smartes, frei programmierbares Embedded Vision System dar.
Hohe Abtastraten für die Erkennung extrem schneller Vorgänge
Drastisch reduzierter Bildverarbeitungsaufwand durch innovative Sensortechnologie

VIDEOS

Video Traffic Control with Event-based camera

Verkehrssteuerung mit der Event-based Kamera

Video Trajectory Control with Event-based camera

Flugbahnkontrolle mit der Event-based Kamera

Video Kinematic Control with Event-based camera

Kinematische Steuerung mit der Event-based Kamera

Video Object Control with Event-based camera

Objektkontrolle mit der Event-based Kamera

Event-basierte statt traditionelle industrielle Bildverarbeitung

Die eventbasierte Bildverarbeitung ist ein völlig neuer Ansatz für die Lösung anspruchsvoller Bildverarbeitungsaufgaben. Herkömmliche Systeme erfassen Bilder mit einer festen Bildrate und leiten sie dann an Hochleistungsprozessoren weiter, die sie mit hohen erforderlichen Bandbreiten verarbeiten. Sehr oft müssen bei diesem Ansatz große Datenmengen immer wieder übertragen und verarbeitet werden, obwohl sie redundant sind und sich von Bild zu Bild nicht ändern.

Im Gegensatz dazu zeichnen Systeme mit event-basierter Technologie die Bilder nicht in einem festen Zyklus auf, sondern jedes Pixel liefert selbstständig Informationen, wenn sich die Intensität des Pixels geändert hat. Dieses revolutionäre Konzept führt zu mehreren wichtigen Vorteilen wie deutlich höheren Geschwindigkeiten, geringeren Anforderungen an die verwendeten Prozessoren und extrem erweiterten Dynamikbereichen. Damit eröffnet die Event-based-Technologie völlig neue Anwendungsmöglichkeiten in zahlreichen industriellen und nicht-industriellen Einsatzbereichen.

Dem menschlichen Sehen nachempfunden

Mit der smarten Kamera Vision Cam EB hat IMAGO Technologies ein kompaktes, eventbasiertes Bildverarbeitungssystem entwickelt, das preislich äußerst attraktiv ist und in vielen Fällen die Leistungsfähigkeit klassischer Bildverarbeitungssysteme in Bezug auf Geschwindigkeit und Dynamik deutlich übertrifft. Das frei programmierbare Embedded Vision System arbeitet mit einem speziellen Sensor des französischen Herstellers Prophesee, der eine außergewöhnliche Eigenschaft des menschlichen Sehens nachbildet, die sich im Laufe der Evolution entwickelt hat: Unser Auge bzw. Gehirn reagiert sehr empfindlich auf schnelle Veränderungen, während das Gehirn eine unendliche Menge an bewegungslosen Daten ignoriert.

Der Event-based Vision Sensor (EVS) von Prophesee arbeitet nach dem gleichen Prinzip: Jedes Pixel auf dem Chip verfügt über eine eigene Logik, die es ihm ermöglicht, Helligkeitsänderungen zu erkennen und erkannte Event-Daten selbstständig an den auswertenden Computer zu senden, ohne die für herkömmliche Bildsensoren vorgeschriebene Zeilen- oder Bildrate. Die Pixel selbst entscheiden, wann ein Ereignis ausgelöst wird und Daten gesendet werden. Wie beim menschlichen Sehen führt dieses Konzept zu deutlich weniger Datenvolumen und damit auch zu einer geringeren Übertragungsmenge und kürzeren Verarbeitungszeit. Mit bis zu 50 Millionen Events pro Sekunde übertrifft der Sensorchip die Geschwindigkeit herkömmlicher Bildverarbeitungssensoren deutlich und eignet sich daher auch für Anwendungen, bei denen sehr schnelle Bewegungen erfasst werden müssen.

Erkennung von extrem schnellen Prozessen

In klassischen Bildverarbeitungssystemen werden die Bilder mit einer festen Rate aufgenommen. Übliche Bildraten liegen derzeit oft im Bereich von 10 bis 100 Bildern pro Sekunde. Kameras für schnelle Anwendungen mit Aufnahmegeschwindigkeiten in der Größenordnung von 200 Bildern pro Sekunde und mehr sind auf dem Markt verfügbar, erfordern aber hohe Investitionen sowie eine leistungsfähige, durchdachte Strategie für die Datenübertragung, Verarbeitung und Speicherung der Bilder. Die enormen Datenmengen, die bei der vollständigen Übertragung aller Bilder entstehen, begrenzen die maximal mögliche Bildrate herkömmlicher Bildverarbeitungssysteme. Selbst bei sehr hohen Abtastraten besteht jedoch die Möglichkeit, dass zwischen der Aufnahme zweier Bilder ein Ereignis eintritt, das vom Bildverarbeitungssystem nicht registriert wird und somit die gewünschten Informationen nicht verfügbar sind.

Im Gegensatz dazu führt das Konzept der eventbasierten Signalverarbeitung zu deutlich weniger Daten, die erfasst, zum Prozessor transportiert und dort verarbeitet werden müssen. Jedes Pixel sendet nur dann Informationen an den Prozessor, wenn eine Veränderung gegenüber dem vorherigen Muster festgestellt wird. Das bedeutet, dass selbst die schnellsten Vorgänge im kHz-Bereich mit mathematischen Algorithmen analysiert werden können.

Hoher Dynamikbereich

In bestimmten Situationen stehen Bildverarbeitungssysteme vor der Herausforderung, Details auch bei sehr großen Helligkeitsunterschieden im Bild zuverlässig zu erkennen. Ein typisches Beispiel ist die Verfolgung und Qualitätsprüfung von Schweißnähten beim Schweißen: Der entstehende Lichtbogen ist extrem hell, was eine gleichzeitige Prüfung der im Vergleich dazu relativ dunklen Schweißnaht für herkömmliche Bildverarbeitungssysteme nahezu unmöglich macht.

Für den Event-basierten Sensor und die damit ausgestattete EB-Kamera ist eine solche Aufgabe kein Problem, denn hier ist nicht der Helligkeitsunterschied auf dem gesamten neuromorphischen Sensor entscheidend, sondern ausschließlich die Helligkeitsunterschiede, die jedes einzelne Pixel von einem Abtastzyklus zum nächsten erkennt. Mit einem Dynamikbereich von über 120 dB übertrifft die smarte Kamera Vision Cam EB die Leistungswerte herkömmlicher CCD- und CMOS-Kameras deutlich und ist damit die perfekte Lösung für Aufgaben mit sehr großen Helligkeitsunterschieden.

Reduzierte Datenverarbeitung

Durch die Fokussierung auf die Veränderungen im Bild führt der Einsatz der Bildverarbeitungskamera Vision Cam EB zu einem deutlich reduzierten Aufwand für den Datentransport und dessen Verarbeitung, wie das folgende Beispiel zeigt: Angenommen ein Sensor mit einer Auflösung von 640 x 480 Pixeln liefert in 400 ms 100 Bilder (entsprechend 250 Bilder/Sekunde), in denen sich jeweils 100 Pixelwerte ändern. In herkömmlichen Bildverarbeitungssystemen ergibt dies 0,01 Megapixel an Daten, die dann verarbeitet werden müssen. In diesem Beispiel haben sich 30,69 der insgesamt 30,7 Millionen erfassten Pixel nicht verändert, werden aber dennoch zum Computer transportiert und dort verarbeitet. Beim Einsatz der Hochgeschwindigkeitskamera Vision Cam EB werden dagegen nur 100 mal 100 Events, also 10.000 Änderungen der Pixelwerte, an die Recheneinheit weitergegeben und verarbeitet! Bei gleichem Ergebnis wird der Aufwand für den Datentransport und die Berechnung also erheblich reduziert. Das bedeutet auch, dass beim Einsatz der eventbasierten Kamera Vision Cam EB eine geringere Rechenleistung und weniger teure Prozessoren ausreichen, um Veränderungen in aufgezeichneten Szenen zuverlässig zu erkennen.

Genaue Zeitstempel

In vielen Bildverarbeitungsanwendungen ist es wichtig, den genauen Zeitpunkt einer Bildaufnahme oder eines Ereignisses zu erfassen, um Folgereaktionen eines Systems auszulösen, Vorgänge zeitlich genau zu steuern oder um bestimmte Ereignisse zu protokollieren. Müssen zum Beispiel in einer schnell laufenden Produktionslinie fehlerhafte Teile aussortiert werden, so erfordert dies ein exaktes Timing zwischen Bildverarbeitungssystem und Ausschleusung. Alle von einer Vision Cam EB aufgezeichneten Events werden mit einem exakten Zeitstempel versehen, der jedes Ereignis auf die Mikrosekunde (µs) genau datiert. Aufgrund der hohen Abtastrate der eventbasierten Kamera geht die Genauigkeit dieser Zeitstempel weit über die Möglichkeiten herkömmlicher Bildverarbeitungssysteme hinaus und erlaubt Anwendungen, die mit konventionellen Kameras nicht realisierbar sind, wie z.B. Systeme zur Vibrationsanalyse.

Kosteneffiziente Lösung

Um sehr schnelle Vorgänge mit klassischen Bildverarbeitungssystemen erfassen zu können, ist der Einsatz geeigneter Kameras mit hohen Bildaufnahmefrequenzen, getriggerter lichtstarker Beleuchtung und der Einsatz geeigneter Technologien und Schnittstellen zur Datenübertragung und Datenverarbeitung erforderlich. Solche Systeme liegen daher auf einem Preisniveau, das wirtschaftliche Lösungen oft schwierig macht.

Da das Grundkonzept der eventbasierten Bildverarbeitung zu einer deutlichen Reduzierung der anfallenden und zu berechnenden Datenmenge führt, genügen Prozessoren mit geringerer Rechenleistung. Aus diesem Grund sinken die Systemkosten im Vergleich zu herkömmlichen Bildverarbeitungssystemen und ermöglichen so wirtschaftlichere Lösungen bei gleicher Qualität der Ergebnisse.

Kompaktes Vision System

IMAGO Technologies hat bei der Entwicklung der Vision Cam EB großen Wert auf Praktikabilität gelegt. Da diese intelligente, Event-basierte Kamera integrierte Prozessoren mit relativ geringer Rechenleistung verwendet, konnte das Gehäuse mit Abmessungen von nur 105 x 50 mm (Länge x Breite) sehr kompakt gehalten werden. Die Tiefe ist abhängig von der gewählten Optik und beträgt 57 mm bei Verwendung eines S-Mount-Objektivs und 110 mm bei Verwendung des größten C-Mount-Objektivs. Zur Kommunikation sind eine Ethernet-Schnittstelle mit 1000 Mbit/s, eine serielle RS-232-Schnittstelle, zwei opto-isolierte digitale Eingänge und vier digitale Ausgänge integriert.

Einfache Konfiguration mit ViewIT

Die meisten Industriekameras und Vision-Sensoren enthalten bereits eine Anwendersoftware, die eine Bildanzeige und Kamerakonfiguration ermöglicht. Die Bildverarbeitungskamera Vision Cam EB kann in Betrieb genommen werden, aber für spezielle Anwendungen und Bildverarbeitungsaufgaben muss die Software erst entwickelt werden. Dies ist sehr zeit- und entwicklungsaufwändig. Eine schnellere Lösung bietet ViewIT.

ViewIT ist ein Framework, mit dem Bildverarbeitungsapplikationen schnell und kostengünstig entwickelt werden können – ohne eine einzige Zeile Code außerhalb der Bildverarbeitung selbst schreiben zu müssen. Eine grafische Benutzeroberfläche mit intuitiver Funktionalität und einfach zu konfigurierenden Softwaremodulen ermöglicht jedem Automatisierungsingenieur den Zugang zur Bildverarbeitung.

Basisanwendungen wie Zählen, Vibrationskontrolle oder kinematische Überwachung sind ein integraler Bestandteil von ViewIT. Für Ihre individuelle Anwendung kann IMAGO Technologies die in der ViewIT-Umgebung verwendeten Algorithmen zur Verfügung stellen.

Das Konzept der eventbasierten Bildverarbeitung ist noch relativ jung. Dennoch haben die Experten von IMAGO Technologies bereits viel Erfahrung mit dieser Technologie gesammelt und beraten Sie gerne bei der Realisierung Ihrer individuellen Lösung!

Die möglichen Anwendungsszenarien für die Industriekamera Vision Cam EB sind äußerst vielfältig. Sie bietet dem Benutzer oft Lösungen, wo die klassische Bildverarbeitung an ihre Grenzen stößt. Typische Einsatzgebiete finden sich u.a. in diesen Branchen

Pharma

Das Zählen von Objekten, z.B. beim Abfüllen einer bestimmten Anzahl von Tabletten in einen Behälter, funktioniert mit der Vision Cam EB schnell und zuverlässig, auch bei schwierigen Objekten wie Gelkapseln. Ein weiteres wichtiges Thema für die Pharmaindustrie ist die Erkennung von Fremdkörpern in Flüssigkeiten, wie z.B. Impfstoffen in Ampullen. Auch hier ist die Event-basierte Lösung deutlich einfacher, schneller und kostengünstiger als herkömmliche Bildverarbeitungssysteme.

Weitere Anwendungsbeispiele entdecken

Lebensmittel & Getränke

Für Aufgaben wie die Füllstandsüberwachung in Getränkeabfüllanlagen oder die Fehlersuche in den teilweise sehr schnellen Prozessen dieser Branche bietet die Hochgeschwindigkeitskamera Vision Cam EB wirtschaftliche Lösungen. Soll eine Flasche, die sich auf einem Fließband bewegt, gegriffen werden? Die smarte Kamera Vision Cam EB beantwortet diese Frage mit extremer Geschwindigkeit und Präzision.

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Produktion

Die Embedded Vision Lösung Vision Cam EB zeigt ihren enorm hohen Dynamikumfang vor allem bei Anwendungen mit großen Helligkeitsunterschieden. In der industriellen Produktion sind diese zum Beispiel bei Schweißprozessen oder beim Laserschneiden zu finden.

Die hohe Abtastrate der Event-basierten Kamera ermöglicht in diesem Umfeld auch die Analyse von Vibrationen an Maschinen, die mit herkömmlichen Bildverarbeitungssystemen nur sehr schwer oder gar nicht zu erfassen wären, und damit eine wirtschaftliche Form der Predictive Maintenance.

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Packaging & Logistics

Packaging – printed – provided with many codes – in motion: where is the code to be read? With the VisionCam EB, such patterns can be detected in motion and, depending on the code type, also read.

Another typical application in this area is the detection of object sizes such as packaging boxes. The Vision Cam EB solves this task more easily and reliably than laser systems or other technologies.

Jams can occur at critical points during the transport of packages on assembly lines. A VisionCam EB can detect and alert to these.

Further sample applications

Traffic

Speed measurements or checking the standing time in front of traffic lights or stop signs are a walk in the park with the traffic control camera Vision Cam EB. The behavior of road users can be analyzed – without monitoring or image storage of the participants. Statistical analysis is much easier compared to conventional image processing.

Further sample applications

Einsatzmöglichkeiten für die eventbasierte Bildverarbeitung finden sich in nahezu jedem industriellen und nicht-industriellen Umfeld. Wenn Sie als Maschinenbauer oder Hersteller von Prüf- oder Produktionsmaschinen jeglicher Art vor einer Problemstellung stehen, die mit herkömmlicher Bildverarbeitung nicht wirtschaftlich zu lösen ist, lohnt sich ein Gespräch mit einem Experten von IMAGO Technologies über die Besonderheiten der Vision Cam EB!