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Die Vielfalt der Gebinde ist mit Hightech im Pfandautomat analysierbar. Die erfassten Bilder kann das intelligente Kamerasystem direkt in der Kameraeinheit verarbeiten.
Marktgespür und Entwicklergeist waren das Fundament zur Firmengründung durch Gerhard Thullner und Werner Armingeon vor 25 Jahren.
Der Geschäftsleiter Uwe Furtner trug wesentlich zum Gelingen des Projekts Security Mark Reader im Pfandautomaten bei.
Durch die modulare Hard- und Software-Palette lassen sich individuelle Applikationen umsetzen.

Das  von Gerhard Thullner und Werner Armingeon vor 25 Jahren gegründet Unternehmen Matrix Vision ist mit dafür verantwortlich, dass der prüfende Blick einer Kamera im Automaten heute zu einer Selbstvertsändlichkeit gehört. Der Juniorpartner Uwe Furtner trug wesentlich zum Gelingen dieses umfangreichen Projektes bei. Denn die Ansprüche der Deutschen Pfandsystem GmbH (DPG) wie auch des Handels waren hoch. Alle Lieferanten mussten durch die DPG zertifiziert sein.

Die Leseeinheit hatte nicht nur zuverlässig das DPG-Sicherheitslogo zu erkennen, sie musste auch in den beengten Raumverhältnissen des Automaten Platz finden. Für diese anspruchsvolle Aufgabe konstruierten die Entwickler des Unternehmens einen Security Mark Reader (mvSMR). In solch einem intelligenten Kamerasystem sieht das Unternehmen zwei Vorteile: Die Kamera kann zum einen die erfassten Bilder direkt auf der Kameraeinheit verarbeiten und zum anderen auch die unterschiedlichen Belichtungsfolgen der Beleuchtungseinheiten zum Erkennen des Pfandlogos steuern.

Sichtfeld abdecken

Für die Verarbeitung der Informationen verfügt die Kameraeinheit über einen 400-MHz-Prozessor und einen 1600-mal-1200-Pixel-Sensor. Dieser Sensor ist nötig, da Einwegflaschen von unterschiedlicher Größe und beidseitig eingelegt werden können. Die Kamera muss also ein entsprechend  großes Sichtfeld abdecken. Die Kamera unterstützt Flaschendurchmesser bis zu 120 mm und eine Rotationsgeschwindigkeit von bis zu 25 m/min. Der Erkennungsalgorithmus ist robust und zuverlässig. Er kann das Sicherheitskennzeichen auch auf leicht deformierten und verschmutzten Oberflächen identifizieren.

Über die digitalen Ausgänge werden nachfolgende Prozesse angestoßen: Ist das Logo erkannt, folgt Pfandgutschrift und Abtransport der Flasche. Um eine mehrfache Pfandrückgabe zu verhindern, wird das Pfandgut zerstört. Solche integrierten Lösungen sparen nicht nur Platz. Es lassen sich auch andere Komponenten – beispielsweise ein Barcodeleser – einsparen und so Kosten senken.

Ein kritischer Punkt begleitet die Bildverarbeitung bei vielen Anwendungen: Licht. Damit das künstliche Auge genügend sieht, muss die Leseumgebung gut ausgeleuchtet sein. Das gilt ganz besonders für die Pfandflaschen, die oft nicht ganz sauber oder auch ein wenig eingebeult sind. Gerade der Schattenwurf kann hier zu Lesefehlern führen. Da von den gängigen Beleuchtungskomponenten keine befriedigende Ergebnisse brachte, entwickelte das Unternehmen kurzerhand eine eigene Beleuchtungseinheit.

Auch an die Zukunft ist gedacht: Sollte eines Tages das Pfandsystem andere oder zusätzliche Anforderungen erfüllen müssen, lässt sich die Software der Kamera online entsprechend aufrüsten. Gesetzesänderungen oder mögliche neue Vorgaben der DPG lassen sich damit leicht umsetzen.

Die gesamte Bildverarbeitungseinheit der Oppenweiler Firma überzeugte nicht nur den technischen Arbeitskreis, der bei der DPG die Einführung der Pfandautomaten begleitete. Auch Discounter wollten diese Lösung flächendeckend haben. Doch um den engen gesetzlichen Einführungstermin der damals neuen Pfandregelung halten zu können, musste das Unternehmen eine weitere Herausforderung stemmen: innerhalb von nur drei Monaten lieferte das mittelständische Unternehmen 10.000 Systeme aus.

Intelligenz in die Kamera stecken

Ein Blick in die Geschichte des Unternehmens, das 2011 sein 25-jähriges Jubiläum feiert, zeigt auch die Historie der Bildverarbeitung. Ein Beispiel: die intelligenten Kameras. Heute sind sie in vieltausendfacher Anwendung und aus Bereichen der Qualitätssicherung, der Medizin, der Sicherheitsüberwachung oder der Verkehrskontrolle nicht mehr wegzudenken. Doch bis vor wenigen Jahren waren diese digitalen Augen, die einen Computer eingebaut haben, kaum bekannt. Matrix Vision kann für sich in Anspruch nehmen, eine der ersten intelligenten Kameras auf den Markt gebracht zu haben. Wesentlich an diesen, auch Smart-Kameras genannten Systemen, ist, dass sie Bilder nicht nur aufnehmen, sondern diese auch selbst interpretieren können. Sie haben sozusagen einen PC an Bord, der anwendungsspezifische Informationen aus aufgenommenen Bildern herausfiltern und verarbeiten kann. So ist es beispielsweise bei einer Anwendung in der Qualitätskontrolle der Kamera möglich, eigenständig zu entscheiden, ob ein Teil gut oder schlecht ist.

Vom Computer zur Bildverarbeitung

Dass Armingeon 1999 auf die Idee kam, Intelligenz in die Kamera zu integrieren, wird schnell verständlich, wenn man weiß, dass die beiden Ingenieure sich schon immer mit Technologien beschäftigt haben, von denen heute viele in der Bildverarbeitung aufgegangen sind. So entwickelten Thullner und Armingeon – weil Atari selbst sich nicht darum kümmerte und Mac- und PC-Anwender schon länger groß sehen konnten – einen Grafikcontroller für einen 19“-Bildschirm für Atari-Computer. 1989 stellten die beiden diese Weltneuheit nach sechs Wochen Entwicklungszeit auf der Cebit in Hannover vor.

Als Atari von den PCs überholt wurde, hatten sich die beiden Ingenieure bereits zu neuen Ufern aufgemacht und konzentrierten sich von nun an auf Framegrabber für industrielle Anwendungen. Die elektronische Komponente wird zum Digitalisieren analoger Videosignale verwendet. Damit waren sie endgültig in der noch jungen Branche der Bildverarbeitung angekommen. Noch heute gehören diese Produkte zum Angebot. Durch die Digitalisierung der Kameratechnik verliert diese Technik jedoch an Bedeutung. „Die Technologie ist in die Kamera gewandert“, so Armingeon.

Auch am Markt für Bildverarbeitung findet ein ständiger Umbruch statt, den Armingeon, Thullner und Furtner stets genau beobachten. Sie kennen die Untiefen des Massenmarktes gut. Ihn wollen sie nicht bedienen. Aber andersherum kann es wohl gehen: wenn es vorteilhaft für den Kunden ist, werden Komponenten aus dem Massenmarkt auch in den Lösungen für die Industrie eingesetzt. „Sobald ein Produkt in extrem großen Stückzahlen produziert wird, sind wir als Entwicklerfirma weg“, fasst Armingeon die Erfahrung von 25 Jahren Firmengeschichte zusammen.

Neue Sensoren sind kein Allheilmittel

Ein Wandel, durch den Matrix Vision seine Kunden begleitet, findet derzeit bei den Sensoren statt. CCD und CMOS – diese beiden Technologien sind momentan auf dem Markt. Mit den neueren CMOS-Sensoren lassen sich  Produkte günstiger produzieren. Zudem kann direkt auf dem Chip eine erste Signalbearbeitung stattfinden. Und dennoch ist das Neue nicht in jedem Falle auch besser. Furtner weist darauf hin, dass „die Wahl des Sensors applikationsabhängig ist.“ CCD-Sensoren hätten in der Regel die bessere Bildqualität, ein geringeres Rauschen und keine Fehlpixel, ergänzt Armingeon.

„Ob ein Farb- oder ein Grau-Sensor zum Einsatz kommt, hängt meist von der zu erfüllenden Aufgabe ab“, lautet eine Empfehlung von Matrix Vision. Manche Sensoren seien nur in der einen oder der anderen Ausführung erhältlich. Farbsensoren hätten vor der lichtempfindlichen Sensormatrix Farbfilterstrukturen, das heißt, dass bestimmte Pixel nur Licht einer bestimmten Farbe aufnehmen.

„Diese Filterstrukturen sind durchlässig für Infarotlicht. Um Verfälschungen bei Farbaufnahmen zu vermeiden, wird ein zusätzlicher Infrarot-Sperrfilter gebraucht. Bei farbigen Objekten führt dessen Einsatz jedoch aufgrund des pixelweisen Farbwechsels zu einer geringeren Ortsauflösung“, erläutert Armingeon weiter. Ist eine hohe Farbgenauigkeit wie bei der Farbprüfung von Ausdrucken gefragt oder ist eine hohe farbliche Ortsauflösung nötig, so sei die Verwendung einer Drei-Chip-Kamera sinnvoll, bei der für die Farben Rot, Grün, und Blau ein eigener Chip verwendet wird. „Ein weiterer Gesichtspunkt ist der Verschluss“; so Armingeon weiter. „CCD- und CMOS-Sensoren gibt es mit Global-Shutter, einfache CMOS-Sensoren haben meist einen Rolling-Shutter. Letzteres führt bei Aufnahmen von schnell bewegten Objekten zu geometrischen Verzerrungen durch die Bewegung.“ Solche technische Feinheiten zeigen, dass bei der Auswahl von Bildverarbeitungs-Komponenten Fachwissen gefragt ist. „Wir entwickeln die Lösungen stets gemeinsam mit dem Kunden“, so Furtner. „Damit ist sichergestellt, dass stets die passende Technik zum Einsatz kommt.“