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Gigabit Ethernet Kamera sorgt für mehr Sicherheit auf Baustellen

Egal ob übergroße Muldenkipper oder kleinere Baumaschinen wie Bagger, Radlader oder Walzen, die eingeschränkte Sicht des Fahrers birgt ein Gefahrenrisiko für Personen in der Nähe dieser Baumaschinen. Der Großteil der Unternehmen setzt bei Nutzfahrzeugen und Baumaschinen auf einen akustischen Rückfahrwarner, der in einigen europäischen Staaten sogar gesetzlich vorgeschrieben ist. Jedoch sind die Rückfahrwarner nicht die perfekte Lösung: Auf der einen Seite können diese im Nahbereich sehr laut und bei Nachtbaustellen dementsprechend störend sein. Auf der anderen Seite geht der Warnton bei normalem Baustellenlärm in Verbindung mit Kopfhörer und Musik-Player, was in der Stadt des Öfteren vorkommt, unter. Um mehr Sicherheit gewährleisten zu können, muss die Verantwortung hierfür wieder aktiver auf Seiten des Fahrers der Baumaschine liegen. Hierfür entwicklelte der französische Hersteller Arcure aus Paris das Blaxtair-System, welches Gefahrenbereiche solcher Maschinen dreidimensional erfasst und prüft, ob sich Personen im Gefahrenbereich befinden.

Blaxtair basiert auf einem stereoskopischen Vision-System, bestehend aus zwei digitalen mvBlueCOUGAR-X Gigabit-Ethernet-Kameras sowie leistungsstarken Echtzeit-Bildverarbeitungsalgorithmen. Es erkennt präzise und zuverlässig Menschen unabhängig von deren Lage: stehend oder kniend. Die Algorithmen scannen die 3D-Daten und berechnen, ob sich eine Person in einem definierten Bereich befindet. Die Berechnung findet mit einer Geschwindigkeit von 10 Informationseinheiten pro Sekunde statt. Falls ein Hindernis erkannt wurde, wird der Fahrer innerhalb von 300 ms nach dem Ereignis alarmiert. Dies geschieht sowohl optisch (Blinksignal und Flachbildschirm) als auch akustisch (Alarm). Drei unterschiedliche Status-Meldungen gibt es: grün für kein Hindernis, gelb für Warnung, falls eine Person im sichtbaren Bereich ist, sowie rot, falls sich eine Person im Gefahrenbereich befindet.

Blaxtair-System an einem Muldenkipper

Arcure testete für das System eine Reihe von Kameras unterschiedlicher Hersteller und wählte schließlich die mvBlueCOUGAR-X. Ausschlaggebend waren mehrere Faktoren und Features der Kamera, die bis dato im Automationsbereich einzigartig sind. Vor allem die präzise Synchronisierung von Master- und Slave-Kameras mittels Zeitstempel sowie die automatische Belichtungs- und Gain-Steuerung (AEC und AGC) von Master- und Slave-Kameras stellten elementare Funktionen dar, auf welche das Stereosystem angewiesen ist. Auch die automatische Regelung der Belichtung und des Gains aus dem Ergebnis einer Area of Interest (AOI) überzeugten Arcure. Ferner erweist sich die Unterbringung in einem abgeschlossenen IP69K-Gehäuse aufgrund des sehr geringen Energieverbrauchs der mvBlueCOUGAR-X und des kleinen, robusten Gehäuses als unproblematisch. Selbst Temperaturen von bis zu 70°C über mehrere Stunden führen zu keinem Systemfehler oder Schaden der Elektronik. "Die schnelle Einbindung von zusätzlichen Funktionen sowie die einfache und umfangreiche Einstellungsmöglichkeit der Kamera über das Software-Interface haben bei uns die Forschungs- und Entwicklungsphase erheblich verkürzt", so Patrick Mansuy, Geschäftsführer von Arcure. "Ohne die – nicht nur auf die Hardware bezogene – Flexibilität von MATRIX VISION wäre dies nicht möglich gewesen", so Mansuy weiter.

Horst Mattfeldt, Produktmanager bei MATRIX VISION, erzählt, was die Herausforderung dieser 3D-Outdoor-Applikation war und auf welche anderen Anwendungen sich diese Lösung übertragen lassen könnte. Rechnerseitig benötigt der Erkennungsalgorithmus sehr viel Rechenleistung, die intelligente Kameras derzeitig nicht erbringen. Ein industrietauglicher X-86-Mehrkernprozessor unter Linux ist dieser Aufgabe allerdings gewachsen. Auch an die Kameras werden hohe Anforderungen gestellt: Für ihren Einsatzort auf Baustellen und Minen müssen sie robust gebaut sein und hohen Temperaturen standhalten. Eine hohe Schockfestigkeit wurde von Arcure ebenso gefordert wie eine Temperaturüberwachung. Um die Personen im Umfeld der Baumaschinen jederzeit schützen zu können, muss die Kamera schnelle Bildfolgen verarbeiten können. Erst eine gute Helligkeitsautomatik (Exposure und Gain) mit Bereichseingrenzung liefert hochwertige Bilder unter allen Beleuchtungsverhältnissen. Für die Umsetzung dieses Überwachungssystem ist eine lange und unempfindliche Kabelverbindung zwischen Rechner und Kamera Voraussetzung, ebenso wie die beiden Kameras für die Bild-zu-Bild-Überwachung perfekt synchronisiert sein müssen. Hier zeigen sich die MATRIX VISION GigE-Kameras der neuesten Generation, die in ihrem FPGA mit hochentwickelten Features ausgestattet sind, als ideal für die 3D-Applikation. Das Besondere daran ist, dass dies eine Standard-Komponente von MATRIX VISION ist, und keine speziellen Anpassungen vorgenommen werden mussten.

Weitere Anwendungsmöglichkeiten

Die Umfeld-Überwachung von sich bewegenden Objekten könnte eine sinnvolle Anwendung für solche 3D-Systeme sein, vor allem weil heute bereits in manchen Fahrzeugen Stereo-Kameras zumindest frontseitig eingebaut sind. Alternativ könnte man stationäre Überwachungssysteme konzipieren, die selektive Alarme erzeugen, die also unterscheiden können, wer oder was in einen Bereich eindringt.

Patrick Mansuy, Geschäftsführer Arcure

Die schnelle Einbindung von zusätzlichen Funktionen sowie die einfache und umfangreiche Einstellungsmöglichkeit der Kamera über das Software-Interface haben bei uns die Forschungs- und Entwicklungsphase erheblich verkürzt. Ohne die – nicht nur auf die Hardware bezogene – Flexibilität von MATRIX VISION wäre dies nicht möglich gewesen.