"Ich habe 1975 mein erstes Bildverarbeitungs-System verkauft", erzählte Wilhelm Stemmer, Gründer und Geschäftsführer von Stemmer Imaging. "Es beruhte auf einem 16-Bit-Computer der PDP-11-Baureihe von Digital Equipment, der gerade so durch eine Tür passte - solche Dinger hießen damals Minicomputer. Das System hatte ein 6-HE-Speichermodul mit 256 kByte Kapazität. Die Bildverarbeitungs-Programme waren in Fortran geschrieben. Geliefert wurde das Ganze für etwa 180.000 Mark an das Fraunhofer-Institut für Produktionstechnik und Automatisierung (IPA) in Stuttgart."

256 kByte Speicherkapazität - was aus heutiger Sicht geradezu lächerlich anmutet, war gemessen am damaligen Stand der Technik viel. Für professionelle Bildverarbeitungs-Anwendungen war die Kapazität aber dennoch sehr knapp bemessen: "Der Speicher war der Flaschenhals schlechthin", erläuterte Stemmer. "Es gab damals schon Mustererkennungs-Funktionen, aber es mangelte einfach an Speicherkapazität. Angesichts dessen ist es erstaunlich, dass das System beim Fraunhofer-IPA bis in die frühen 80-er Jahre im Einsatz war. Heute steht es bei uns im Museum."

So richtig los ging es mit der industriellen Bildverarbeitungstechnik nach dem Aufkommen des IBM-PCs 1981. "Man nahm damals die PC, die es von der Stange gab, obwohl sie eigentlich gar nicht für die Industrie gedacht waren", verdeutlichte Stemmer. "In dieser Zeit kamen auch die ersten Framegrabber auf." 1992 erstellte das zwischenzeitlich gegründete Unternehmen Stemmer Imaging dann ein kundenspezifisches System zur optischen Kontrolle von Dachziegeln: Es handelte sich dabei um einen VMEbus-Aufbau mit Pipeline-Prozessoren. PC-Prozessoren waren damals noch zu langsam für diese schnelle und komplexe Real-Time-Anwendung.

Von einem ärgerlichen Erlebnis aus der Frühphase der industriellen Bildverarbeitung berichtete Bernd Franz, Gründer und heute Chairman von Framos: "Nach langen Jahren der technischen Beratung bekamen wir etwa 1990 unseren ersten großen Auftrag zur Lieferung von CCD-Bildsensoren." Der Auftrag wurde aber plötzlich storniert, und wir blieben erstmal auf den Produkten sitzen", skizziert Franz die damals noch recht unsichere Zeit.

Die "wilden" Anfänge: Camcorder wurden ausgeschlachtet

Entwickelt wurde die für die Bildverarbeitung wichtige CCD-Bildsensortechnik bereits in den 70-er Jahren. In die professionelle und Bildverarbeitung hielt sie aber erst im Laufe der 80-er Jahre Einzug. 1985 stellte Sony seinen ersten Camcorder mit CCD-Bildsensor vor, den ‚Handycam CCD-M8E’. "1989 folgte das Modell ‚Handycam CCD-TR55", betonte Gerd Häberle, General Manager Sales bei Sony Europe. Dr. Reimar Lenz, CEO von CCD Videometrie, hatte dazu eine Anekdote parat: "Wir bauten 1989 unsere ersten professionellen Digitalkameras", sagte er. "Da die CCD-Sensoren seinerzeit aber als Einzelbauelemente noch überaus teuer waren, haben wir damals Sony-Camcorder ausgeschlachtet und die darin verbauten CCDs verbaut. Das war billiger, als die Sensoren einzeln zu kaufen."

Generell hatte die digitale Kameratechnik Anfang der 90-er Jahre einen großen Einfluss auf die Entwicklung der Bildverarbeitung. Dr. Andreas Franz, heutiger CEO von Framos, brachte die Konsequenz daraus auf den Punkt: "Die industrielle Bildverarbeitung hängt am Tropf des Consumer-Marktes." Patrick Schwarzkopf, Leiter der VDMA-Fachabteilung Industrielle Bildverarbeitung, führte den Gedanken fort: "Die industrielle Bildverarbeitung macht sich Consumer-Techniken zunutze, wenn sie selbst nicht die ’kritische Masse’ hat, eigene Standards zu setzen, abgesehen von Framegrabbern, Software und bestimmten Hochleistungs-Schnittstellen."

Die vergangenen zehn Jahre waren laut Dr. Karl-Heinz Besch, Entwicklungsleiter bei ASM Pacific Technology, hauptsächlich von einer Standardisierung in vielen verschiedenen Bereichen sowie von schnelleren Schnittstellen geprägt: "Zu nennen sind hier vor allem GigE für die mittleren Bandbreiten und der EMVA-1288-Standard zur Charakterisierung von Kameras und Bildsensoren. Hauptsächlich dem EMVA-1288-Standard haben wir es zu verdanken, dass die Kameras heutzutage - anders als noch vor zehn Jahren - so gut wie nicht mehr unter Kinderkrankheiten leiden."

CMOS- und CCD-Bildsensoren im Wettbewerb

Auf einen weiteren Trend macht Bobey aufmerksam: "Die CMOS-Bildsensortechnik ist den Kinderschuhen entwachsen und verdrängt die CCD-Technik - nicht mehr nur im Consumer-Markt, sondern auch in der industriellen Bildverarbeitung." Andreas Franz pflichtet ihm bei: "CMOS- und CCD-Bildsensoren stehen in einem harten Wettbewerb zueinander." Für Kamerahersteller bringen CMOS-Sensoren Vereinfachungen mit sich und eröffnen zusätzliche Möglichkeiten bei der Entwicklung. Außerdem besteht bei CMOS-Sensoren die Wahl zwischen deutlich mehr Herstellern als bei ihren CCD-Pendants." Häberle vom CCD-Sensor-Hersteller Sony sieht ebenfalls den Trend zu CMOS: Laut Häberle nähert sich die mit CMOS-Sensoren mögliche Bildqualität der mit CCD-Sensoren möglichen an. "Die Stärken der CMOS-Sensoren sind Geschwindigkeit und Dynamik, wohingegen die CCD-Sensoren in Sachen Rauschfreiheit und Lichtempfindlichkeit immer noch überlegen sind." so Häberle. Aber auch bei CCD-Sensoren gibt es nach wie vor Wachstum, wobei ihr Marktanteil gegenüber den CMOS-Sensoren tatsächlich sinkt."

Der Preisrutsch bei den Digitalkameras und das Vordringen der CMOS-Sensoren haben die Einsatzfelder der industriellen Bildverarbeitungstechnik in den vergangenen Jahren laut Bernd Franz massiv erweitert: "Die Anwendungen sind viel zahlreicher geworden und lassen sich eher mit Standard-Techniken lösen." Auch Applikationen außerhalb der Industrie, etwa in Medizin, Life Science, Verkehr, Filmproduktion, Überwachung, Sport sowie Land- und Forstwirtschaft, sind mittlerweile keine Zukunftsmusik mehr. Die Filmproduktion ist ebenfalls ein Anwendungsfeld der industriellen Bildverarbeitung: So erhielt Lenz für seinen mit der Firma Arri zusammen entwickelten Filmscanner 2010 einen Oscar in der Kategorie Technik.

3D-Bildverarbeitung: Für Anwendungen in der Breite bereit

"Eine der interessantesten Anwendungen, die wir in den vergangenen Jahren erstellt haben, war gemeinsam mit Cairos Technologies ein System zur Verfolgung und Analyse von Fußballspielen", hob Stemmer hervor. Das ’Vis.Track’ genannte System beruht auf zwei Kameras, die das Spielfeld überlappend sehen, und einem neu entwickelten Tracking-Algorithmus. Zusammen mit Cairos stattet Stemmer derzeit alle 36 internationale Fußballstadien in Deutschland mit dem System aus. Es bietet Echtzeitfunktionen wie die Erfassung von Ball und Spielern mit Rückennummern-Erkennung, die Aufzeichnung von Laufwegen und Geschwindigkeit der Spieler sowie von Distanzen zwischen den Spielern bis hin zu Analysen der Leistung von Mannschaft und der einzelnen Spieler.

Für die Landwirtschaft befindet sich laut Schwarzkopf derzeit ein Jätroboter in der Entwicklung: "Dessen Arm wird im Vorbeifahren Unkraut zupfen oder mit einem Laser zerschießen können", führt er aus. Generell hat ja die Bio-Landwirtschaft ein Preisproblem bei der Massenproduktion. Das elektronische Auge der Bildverarbeitung wird hier den Präzisionsackerbau Wirklichkeit werden lassen: Pflanzenschutzmittel werden wesentlich gezielter eingesetzt oder sogar völlig entbehrlich.

Für derartige Anwendungen, aber natürlich auch für industrielle Applikationen wie Pick & Place oder Vermessung und Inspektion von Teilen, bieten sich 3D-Bildverarbeitungstechniken an. "3D ist ein schnell wachsender Markt", betonte Stemmer. Den entscheidenden Schub bekam die 3D-Technik durch den Trend weg von Spezialistentum und hin zu distributionsfähigen, leicht bedienbaren Produkten. Zur Verfügung stünden derzeit die Techniken Stereo-Vision, Time-of-Flight und Laser-Triangulation. "Der Aufschwung der 3D-Bildverarbeitung rührt auch daher, dass diese Techniken mittlerweile preislich interessant sind", ergänzte Andreas Franz.

Schnittstellen-Standards: "Keiner kann alles."

Auch in puncto Schnittstellen-Standards tut sich derzeit Einiges: Neue Schnittstellen wie CameraLink HS und CoaXPress wetteifern mit Weiterentwicklungen bewährter Standards, etwa 10GigE und USB 3.0. "Für die Existenz all dieser Schnittstellen gibt es Gründe", hob Stemmer hervor. "Wir nutzen die Schnittstellen je nach Anwendung des Kunden. GigE verbreitet sich aber tatsächlich stark." Schwarzkopf stimmte ihm zu: "Wir sehen derzeit keinen Standard, bei dem man bei allen Kriterien ein Häkchen machen kann. USB 3.0 wird beispielsweise in den neuen Chipsets von Intel und AMD bereits verfügbar sein, kostet wenig und wird sich schon deshalb verbreiten; allerdings ist die mögliche Kabellänge begrenzt. CoaXPress ist schnell und kostengünstig und wird auch in Japan stark gefördert." An dieser Stelle hakte Besch ein: "CoaXPress wird derzeit nur von wenigen Unternehmen vertrieben. Zudem verspricht CameraLink HS die höchsten Bandbreiten. Bei 10GigE stellt sich das Problem der Hitzeentwicklung. Man wird sehen, was sich durchsetzt - GigE hat für uns Anwender einen gewissen Charme."

Einig waren sich die Teilnehmer der Diskussionsrunde darüber, dass der industriellen Bildverarbeitung eine rosige Zukunft bevorstehe: "Es heißt, dass erst 10 Prozent aller möglichen Anwendungen für die Bildverarbeitungstechnik erschlossen seien", betonten die Teilnehmer. "Die Mensch-Maschine-Interaktion wird in Zukunft viel stärker als jetzt von der Bildverarbeitung getrieben sein", hob Schwarzkopf hervor. Der VDMA-Vertreter äußerte obendrein Zweifel, ob die chinesische Konkurrenz überhaupt große Kostenvorteile in der Produktion habe: "Die Arbeitslöhne steigen derzeit in China stark. Hinzu kommen Aspekte wie Kundenbindung, Service und Support. Es ist deshalb fraglich, ob chinesische Unternehmen Kameras überhaupt viel billiger bauen können als europäischen Hersteller."