Konzeption von Geräten, die ihr Umfeld sehen, verstehen und Informationen erschließen
Stellen Sie sich einmal einen Fußgänger vor, der am Display eines Mobiltelefons klebt, während er die Straße überquert und der roten Ampel wenig Beachtung schenkt. Ein Auto nähert sich, dessen Fahrer ist vielleicht ein wenig müde, weil er zu wenig geschlafen hat, und kann nicht sofort anhalten. Wie kann in einer solchen Szene ein Unfall vermieden werden? Von Fahrerassistenzsystemen (FAS), die Fahrer beim Steuern eines Fahrzeuges unterstützen, über Such- und Rettungsdrohnen bis hin zur Röntgenbildgebung in der Medizin: Technologien mit integrierter Vision kommen immer öfter zum Einsatz, die Anwendungsmöglichkeiten sind vielfältig. Zu diesen zählt die Einbindung von maschinellem Sehen in Geräte, die mittels Algorithmen Informationen, die in Pixelmustern in Bildern oder Videos enthalten sind, erschließen. Um aus den komplexen visuellen Signalen korrekte Schlüsse über ihr Umfeld ziehen zu können, benötigen Systeme mit integrierter Vision eine hohe Rechenleistung. Neben der Rechenleistung müssen Entwickler solcher eingebetteter Systeme noch weitere technische Hürden überwinden, wie Kosten, Größe, Gewicht und Geräuschentwicklung. Das EU-finanzierte Projekt TULIPP (Towards Ubiquitous Low-power Image Processing Platforms) stellte sich diesen Herausforderungen und konzipierte eine Referenzplattform für Entwickler sichtgestützter Systeme. Die Lösung von TULIPP wird dabei helfen, „Produktgestalter im Bereich maschinelles Sehen für die vielschichtigen Herausforderungen zu rüsten, die durch Bedingungen bei der Konzeption wie niedriger Stromverbrauch, kurze Latenzzeit, hohe Leistung und Bildverarbeitung in Echtzeit entstehen“, so ist es in einer Pressemitteilung zu lesen.
Fälle aus der Praxis
Die Referenzplattform von TULIPP besteht aus einem vollständigen Entwicklungskit und Anwendungsfällen aus der Praxis. Das Kit beinhaltet eine „FPGA-basierte, eingebettete Rechenplatine mit Multikern, ein Echtzeitbetriebssystem für Parallelbetrieb und eine Kette von Entwicklungswerkzeugen mit Anleitung“, so dieselbe Pressemitteilung. FGPA (Field Programmable Gate Array) steht für einen integrierten Schaltkreis, der nach dem Herstellungsprozess so programmiert oder neu programmiert werden kann, wie es für die gewünschte Funktion oder Anwendung benötigt wird. Zu den Anwendungsfällen zählen „Röntgenbildgebung in der Medizin, Fahrerassistenzsysteme in der Automobilbranche und unbemannte Luftfahrzeuge.“ Die Anwendung bei der Röntgenbildgebung in der Medizin hat zum Ziel, die Effizienz einer Operation unter Zuhilfenahme eines mobilen C-Bogens zu erhöhen. Dieses Gerät zeigt während eines chirurgischen Eingriffs das Innere des Körpers eines Patienten in Echtzeit an, wodurch es der Ärztin oder dem Arzt möglich wird, kleinste Schnitte mit höherer Genauigkeit auszuführen. Dies verkürzt die Genesungszeiten, „senkt das Risiko einer Krankenhausinfektion und vermindert die Strahlungsdosen, denen Patienten und Personal ausgesetzt sind, um 75 %“, heißt es weiter in der Pressemitteilung. Bei der Nutzung zur Erkennung von Fußgängern, dem Anwendungsfall für das Fahrerassistenzsystem, „wird eine Rechenzeit pro Einzelbild von 66 ms erreicht, was bedeutet, dass der Algorithmus der Anforderung genügt, jedes zweite Bild verarbeiten zu können, wenn die Kamera mit 30 Hz läuft.“ Im Anwendungsfall für unbemannte Luftfahrzeuge ermittelt TULIPP unter Zuhilfenahme einer Vorrichtung mit Stereokamera, die in Flugrichtung zeigt, ein Tiefenbild. „Auch wenn wir über autonome Drohnen sprechen, werden die meisten derzeit erhältlichen Systeme immer noch von Menschen aus der Ferne gelenkt. Im Anwendungsfall werden Disparitätenkarten eingesetzt, die aus den Kamerabildern errechnet werden, um Hindernisse auf der Flugbahn zu erkennen und das unbemannte Luftfahrzeug automatisch um diese herumzusteuern. Genau das fehlt noch, um den Weg hin zu vollständig autonomen Drohnen zu ebnen.“ Das drei Jahre dauernde Projekt TULIPP endete im Januar 2019. Sein Fokus lag auf der Entwicklung hochleistungsfähiger, energieeffizienter eingebetteter Systeme für die wachsende Vielfalt an immer komplexer werdenden Anwendungen für die Bildverarbeitung, die in vielen unterschiedlichen Industriesektoren auftreten. Weitere Informationen: TULIPP-Projektwebsite
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