Unter dem Dach der drei Machine-Vision-Industrieverbände AIA, EMVA und JIIA, die bei ihren gemeinsamen Aktivitäten bezüglich Standardisierung auch gern als die G3 bezeichnet werden, finden regelmäßig technische Treffen statt, auf denen zahlreiche Ingenieure ihr Herzblut und wertvolles Wissen einbringen, um die Standards in der Bildverarbeitung voranzubringen. Dadurch erleichtern sie den Herstellern, Integratoren oder Endanwendern von Kameralösungen die Implementierung und helfen die Time-to-market zu verkürzen. Als weitere Konsequenz der internationalen Kooperation tun sich neue Märkte auf. INSPECT durfte einen Blick in die Meetings werfen und mit den Experten sprechen.

Diesmal war es ein besonders charmanter, historischer Ort, das Ballenhaus inmitten der romantischen Schongauer Altstadt, wo das International Standards Meeting stattfand. Mitglieder der drei internationalen Verbände AIA (USA), JIIA, Japan Industrial Imaging Association sowie EMVA, European Machine Vision Association treffen sich zwei bis viermal im Jahr in Arbeitsgruppen, immer an einem anderen Ort rund um den Globus, um die Standardisierung der industriellen und nicht-industriellen Bildverarbeitung voranzubringen. Die Mitgliedsfirmen wechseln sich als Gastgeber ab: „Mit zehn Mitarbeitern sind wir diesmal zwar die kleinste Gastgeberfirma, dafür haben wir aber das bisher größte Meeting mit 73 Teilnehmern und über 30 Firmen organisiert", scherzt Werner Feith, Geschäftsführer der Sensor to Image GmbH in Schongau.
G3 wurde bereits 2009 ins Leben gerufen, „um gemeinsam die Standardisierung zu unterstützen, sodass deren Entwicklung wirtschaftlicher wird und maximale Anwendung und Verbreitung erreicht werden", begründet Feith. „Und mit der Initiierung des Future Standard Forums wollen wir vorausplanen und zukünftig vermeiden, dass es konkurrierende Standards gibt", pflichtet Jochem Herrmann bei, für Standards verantwortlicher Vorstand der EMVA. „Außerdem ist es wichtig, dass sinnvolle Standards hinsichtlich Qualität und Quantität entwickelt werden", ergänzt Feith.

G3 setzt auf Synergien

Die Aufgaben unter den Standardisierern verteilen sich wie folgt: Der Softwareschnittstellenstandard GenICam (Generic Interface for Cameras) sowie der EMVA-1288-Standard zur Charakterisierung digitaler Kamerasysteme werden federführend von der EMVA betreut. Für Kommunikationsinterfaces wie Camera Link (CL), Camera Link HS (CLHS), Gigabit Ethernet Vision (GigE Vision) sowie USB3 Vision (U3V) ist die AIA zuständig. CoaXPress (CXP) sowie ein optischer Standard und ein Beleuchtungsstandard liegen in der Obhut von JIIA. Herrmann berichtet: „Bis vor Kurzem wurden Bildverarbeitungsstandards noch von relativ kleinen Gruppen initiiert. Heute sind viel mehr Unternehmen involviert. Wir sind wie eine große Familie und kooperieren richtig, was z.B. heißt, dass wir technische Lösungen, Wissen und Erfahrungen der bestehenden Standards organisationsübergreifend nutzen. Denn Standards zu erstellen ist sehr kostenaufwändig und die G3-Initiative sorgt dafür, dass effizient und effektiv gearbeitet wird und gute Fortschritte erreicht werden."

Die „G3-ler" setzen auf Synergien, denn Bildverarbeitungsstandards sind weltweit sehr wichtig. Sie erleichtern Anwendern, Integratoren oder OEMs enorm die Implementierung von Kameras oder Framegrabbern in ihre Applikationen und senken Kosten für Hardware- und Softwareaufwand. Durch die weltweite Aufklärungsarbeit über den Nutzen und Sinn von Standards in der Bildverarbeitung soll ein weiteres Ziel erreicht werden: „G3 will noch weiter wachsen zu G4, G5 oder G6 und mit Ländern wie China, Korea, Indien, Südamerika etwa Brasilien kooperieren", sagt Sachio Kiura, Chairman von JIIA. Mit Korea und China laufen bereits Verhandlungen. „Die weltweiten Kooperationen aufgrund von Standards haben nicht nur für den Anwender Vorteile, sondern auch für unsere Mitglieder. Sie eröffnen den Systemherstellern den Zugang zu völlig neuen Märkten", begründet Herrmann. „Die Integration von Komponenten einer großen Anzahl von Herstellern wird mit starken Standards viel einfacher. Zudem sparen Standards den Herstellern Systemkosten und beschleunigen die Time-to-market ihrer Produkte", fügt George Chamberlain hinzu, Geschäftsführer von Pleora Technologies sowie AIA-Vorstandsmitglied.

Gemeinsames Ziel: neue Anwendungsfelder erobern

Seit es G3 gibt, treten die Organisationen auch gemeinsam auf internationalen Messen auf. „Weiter Ziele, die wir verfolgen, sind Anwendern und Systemintegratoren zu helfen, den optimalen Standard für ihre Applikationen herauszufinden und auch Leuten außerhalb unserer Industrie verständlich zu machen, was Standardisierung und Bildverarbeitung bringen", erklärt Bob McCurrach, Director Standards Developement, AIA. Deswegen hat G3 erstmals eine Broschüre erstellt, die zur Messe SPS/IPC/Drives in Nürnberg präsentiert wird. Sie gibt einen guten Überblick, vergleicht die Standards miteinander, erläutert deren Nutzen und unterstützt so den Anwender bei seiner Wahl. „Zum Beispiel auch für Kunden, die von analogen auf digitale Kameras umsteigen wollen, ist die Broschüre eine große Hilfe", so McCurrach weiter. „Der amerikanische und europäische Markt haben sehr schnell digitale Technik adoptiert. Das läuft in Asien etwas langsamer ab. Doch nun wechseln auch dort viele Unternehmen von analog auf digital, weil wir diese Standards haben. Sie sind von großem Nutzen für unsere Kunden", hat Kiura erfahren.

Diese internationalen Treffen sind etwas Einzigartiges, denn hier arbeiten Experten unterschiedlichster Firmen und Nationen Schulter an Schulter, deren Produkte am Markt im Wettbewerb stehen. „Wenn wir auf den Tagungen zusammenkommen", erzählt McCurrach, „dann steht die Kommunikation bzw. der Austausch untereinander im Mittelpunkt, ob in den Beratungsgremien oder technischen Komitees. Kommunikation ist hier eine ganz wichtige Schlüsselkomponente." „Diese internationalen Meetings reduzieren Missverständnisse und verhelfen der gesamten Industrie zu hoher Qualität bei Bildverarbeitungsstandards", betont Chamberlain. „Wir alle haben ein gemeinsames Ziel", argumentiert McCurrach weiter, „Bildverarbeitung in Anwendungsbereiche zu bringen, in die noch nicht durchgedrungen ist, dass diese Technologie viele Vorteile und innovative Lösungen bringen kann." Dabei handelt es sich laut Chamberlain vor allem um Segmente der nicht-industriellen Applikationsbereiche wie Medizin, Verkehr, Landwirtschaft, Solar- oder Windkraftanlagen und um viele mehr.

Future Standard Forum

Seit ungefähr einem Jahr widmet sich G3 auch dem Thema Zukunft. Explizit dafür wurde das Future Standard Forum (FSF) gegründet. „Bisher haben wir uns vor allem mit bestehenden Standards beschäftigt, aber keine neuen für die Zukunft geplant", sagt Herrmann. Hier wird nun der Blick in die Zukunft gerichtet und bestimmt, wo die Entwicklung hingehen muss, um auf lange Sicht die Bedürfnisse der Bildverarbeitungsanwender zu erfüllen: Was ist zukünftig wichtig? Wie müssen Standards weiterentwickelt werden, um noch höhere Geschwindigkeiten zu unterstützen? Wie können Kosten bei Applikationen mit moderaten Geschwindigkeiten reduziert werden? Welche noch existierenden Standards aus der Konsumentenindustrie oder aus ganz anderen Industriezweigen könnten nützlich sein? Solche Fragen sollen im FSF beantwortet werden. Bisher gibt es innerhalb des FSF zwei Arbeitsgruppen, die eine ist für digitale Interfaces und die andere für die Erweiterung des Beleuchtungsstandards zuständig. „Das FSF-Komitee erarbeitet derzeit auch eine Bestandsaufnahme, wo wir heute stehen. In einem weiteren Schritt wird dann eine Road-map erstellt, die fünf bis zehn Jahre in die Zukunft reichen soll", sagt Herrmann. „Standards leben sehr lange", wirft Chamberlain ein, „deshalb werden die Auswirkungen noch weiter reichen, vielleicht etwa 20 Jahre in die Zukunft oder weiter." Immerhin existiert Camera Link bereits 13 Jahre und GigE Vision hat auch schon sieben Praxisjahre hinter sich und beide erfreuen sich reger Anwendung. „Im FSF sollen Ideen, Feedback von Anwendern sowie Marktbeobachtungen kanalisiert werden, sodass später daraus neue, sinnvolle, noch bessere Standards entwickelt werden können", fasst Feith zusammen. „Und vor allem wollen wir auch mit FSF verhindern", so Tsuneo Sakuma und Sadafumi Torii einstimmig, beide Vice-Chairman JIIA, „dass zu viele Standards auf den Markt kommen und dass es Parallelentwicklungen gibt. Damit erleichtern wir dem Anwender das Leben."

GenICam: Kamera beschreibt sich selbst

Auf dem Treffen in Schongau stand GenICam im Mittelpunkt, denn alle von G3 unterstützten Hardware-Schnittstellenstandards wie GigE Vision, USB3 Vision, CoaXPress, Camera Link sowie Camera Link HS, welche die Kommunikation zwischen Kamera und Host regeln, greifen auf das gleiche Softwarestandard-Interface zu. GenICam erlaubt eine flexible Beschreibung aller Kamera-Features in Form einer XML-Datei, die in der Regel innerhalb der Kamera-Firmware gespeichert ist. Eine generische Software kann darüber dann diese Eigenschaften nutzen und Parameter, wie etwa den analogen Verstärkungsfaktor (Gain) in der Kamera, verstellen. So ist es sehr einfach möglich, beliebige Funktionen in der Kamera anzusprechen und auf Parameter zuzugreifen. Und wenn Endanwender sich entschließen, Kameras im Feld auszutauschen gegen Modelle anderer Hersteller, so ist das mit GenICam kein Problem mehr. Die neuen Kameras lassen sich mit wenig Aufwand implementieren und konfigurieren. Christoph Zierl, Leiter Produktmanagement bei MVTec meint: „Die Idee hinter GenICam war eine Kamera, die sich selbst beschreibt. Du fragst die Kamera beim Öffnen: Welche Eigenschaften besitzt Du? Dann erfährt die Applikation die aktuellen Eigenschaften. Das ist zwar in der Softwareentwicklung schon seit vielen Jahren gang und gäbe, doch wir haben es für Machine Vision adaptiert und die Kunden schätzen es sehr." „Es ist kein Benutzerhandbuch mehr nötig", ergänzt Eric Carey, R&D Director bei Teledyne Dalsa, „die XML-Datei wird geladen und darin ist die gesamte Information, die man braucht, um die Kamera zu konfigurieren."

GenICam ist bereits vor sieben Jahren in Verbindung mit GigE Vision entstanden und man könnte meinen, die Standardisierung sollte bereits vollendet sein. „Ein Standard ist niemals abgeschlossen", räumt Zierl ein, „denn es gibt durch Entwicklungen im Umfeld immer wieder neue Herausforderungen und neue Anpassungen müssen vorgenommen werden." Ein gutes Beispiel dafür ist dem Experten zufolge die Abstimmung auf die speziellen Eigenschaften des erst kürzlich verabschiedeten USB3-Vision-Standards oder die Integration von 3D-Kameras und -Sensoren.

Zurzeit existieren sechs GenICam-Module, um die Hardware-Standards bedienen zu können: GenApi (Kamerakonfigurierung), SFNC (Standard Feature Naming Convention), GenTL (Generic Transport Layer), CLProtocol (explizit für Camera Link), GenCP (Generic Control Protocol) sowie GenTL SFNC (empfiehlt Namen und Typen für GenTL). Zusätzlich stellt die GenICam-Standard-Gruppe eine Referenzimplementierung für GenApi zur Verfügung. Feith hat lange Jahre Erfahrung mit den Standards, da seine Firma für unterschiedlichste Kamera- und Framegrabber-Hersteller die Interface-Technik (Cores) entwickelt und liefert: „Wenn ich zum Kunden komme, muss ich ihm erst einmal klarmachen, welches von den sechs Modulen er benötigt. An mehr Transparenz müssen wir hier in der GenICam-Gruppe auch noch arbeiten."

Konformität spezifizieren

Auf dem International Standards Meeting war es den Organisationsmitgliedern wichtig, GenICam Release 3.0 auf den Weg zu bringen. Zierl berichtet: „Kameras werden immer komplexer und bekommen mehr Funktionen. Infolgedessen steigt der Speicherbedarf für die XML-Datei und somit auch der Speicherbedarf im PC sowie auch die Zeit, bis beim Öffnen der Kamera alle Kamera-Features für die Applikation bereitstehen." Das Komitee reagiert auf diese Anforderungen und hat einen neuen Prototyp für das Haupt-Release 3.0 erstellt, der fünfmal schneller sein wird als GenICam 2.4 und er benötigt während des Betriebs zehnmal weniger Speicherplatz (RAM). „Besonders Kunden, die Embedded-Systeme benutzen, werden diese Neuerungen sehr zu schätzen wissen. Wir rechnen damit, dass die neue Version 3.0 bis Mitte 2014 auf dem Markt sein wird", so Herrmann. „Ein weiterer Punkt ist der Transport-Layer Standard GenTL. So wie bereits im Konsumentenmarkt üblich, streben wir auch im Machine-Vision-Bereich Plug & Play an. Applikationssoftware soll auf einfache und einheitliche (generic) Weise mit unterschiedlichsten Geräten wie Kameras (GigE Vision, USB3 Vision) oder Framegrabbern (Camera Link, CoaXPress, Camera Link HS) verschiedener Hersteller zusammenarbeiten, ähnlich wie etwa beim Anschluss eines Scanners an einen PC. GenTL funktioniert und kommt auch immer häufiger zum Einsatz. Wir haben allerdings bisher noch kein offizielles Verfahren entwickelt, wie wir Konformität spezifizieren und validieren können, sodass ein Produkt berechtigt ist, das GenICam-GenTL-Logo zu tragen. Hieran müssen wir in den nächsten Monaten noch arbeiten", berichtet Zierl weiter.

GenICam goes 3D

Der Trend hin zur 3D-Bildverarbeitung ist offensichtlich. Auch die Standardisierer haben das erkannt und vor einigen Monaten eine Arbeitsgruppe ins Leben gerufen, die recherchiert, welche Bedürfnisse 3D-Kamerahersteller hinsichtlich GenICam haben. „Erste Ergebnisse wurden hier vorgestellt und das Gute daran war, dass alle relevanten 3D-Kamerahersteller präsent waren", so Zierl. „Das ist ein Zeichen für den großartigen Erfolg von GenICam" , konstatiert Chris Beynon, Chief Technology Officer bei Active Silicon, „dass die 3D-Kamera-Hersteller und Vermarkter jetzt alle in GenICam involviert sein wollen. Sie erkennen, dass der Standard ihnen Vorteile bringt." Um 3D in GenICam einzubinden, müsse den Experten zufolge z.B. erörtert werden, wie bei 3D-Bildern geeignete Pixelformate zu definieren sind. „Im Laufe des nächsten Jahres sollen neue Pixelformate sowie spezielle 3D-Features in den Standard integriert werden", nennt Zierl als nahes Ziel.

Schneller am Markt

„Das Beeindruckendste für mich an GenICam ist, dass der Standard erlaubt, herstellerspezifische Innovationen bei Kameras, etwa neue Funktionen, zu integrieren, an die andere Unternehmen noch gar nicht gedacht haben, und dass diese auf einheitliche und einfache Weise mit einer Fremdsoftware zusammenarbeiten können. In der Vergangenheit war das alles komplizierter und schwierig in der Anwendung. Kamerahersteller können sich nun durch spezielle Features viel besser vom Wettbewerb abheben und in sehr spezielle Märkte vordringen", stellt Eric Gross fest, Senior Software Engineer Vision bei National Instruments. „Und sie können mit neuen Eigenschaften viel schneller am Markt sein. Das passiert derzeit im Machine-Vision-Markt und dehnt sich auf andere Märkte aus", bestätigt Zierl.
Laut einer in 2013 global durchgeführten Machine-Vision-Kamera-Studie der AIA nehmen z.B. GigE-Kameras inklusive GenICam-Interface bereits einen Anteil von 50% bei neu gekauften Industriekameras ein. Diese Kombination hat in den letzten Jahren auch neue Märkte erschlossen. „Zum Beispiel im Bereich Intelligenter Verkehrsleitsysteme (ITS) dominierten bis vor zehn Jahren hauptsächlich analoge Kameras ", sagt Carey, „das hat sich nun geändert aufgrund der GigE-Vision-Schnittstelle, die lange Kabel zulässt sowie aufgrund des GenICam-Interface, welches die Implementierung leicht macht." „Die modernen Hardware-Interface-Standards bauen auf GenICam und wir sind mit der bisherigen Verbreitung sehr zufrieden", resümiert Thomas Lübkemeier, General Manager EMVA.