Was wären Smartphones ohne Apps? Sie wären Mobiltelefone, mit denen wir nicht viel mehr als telefonieren und SMS versenden könnten. Apps machen aus Smartphones „kluge“, universelle Assistenten mit beliebig wechselnden Aufgaben. Übertragen in die Welt der Bildverarbeitung werden aus Kameras und Sensoren – mit diesem App-basierten Ansatz – Vision Sensoren nach Maß.

In einer klassischen Vision-Anwendung sind Kamerabilder nur Mittel zum Zweck. Die von Industriekameras erzeugten großen, rechen- und zeitintensiven Bilddatenmengen werden kontinuierlich über teilweise weite Strecken an PCs übermittelt, wo sie ausgewertet werden. Erst durch nachgelagerte Bildverarbeitung entstehen daraus anwendungsrelevante Informationen. „Smarte" Geräte werten dagegen Zustände oder Merkmale ihrer Umgebung selbst aus und übermitteln nur wenige, aber anwendungsrelevante Daten als Ergebnisse an PCs oder an eine Prozesssteuerung. Klassische Vision Sensoren, wie beispielweise Barcodeleser, bieten aber oft nur wenige vordefinierte Anwendungen und ihre Funktionalität ist meist nicht erweiterbar.

Die Lösung ist ein Vision App-basiertes Gerät, das verschiedenartigste Aufgaben erledigen kann. Durch den Einsatz von Apps ist dieses wandlungsfähige Gerät schnell konfiguriert und in Betrieb genommen.

Eine neue Gerätegeneration

IDS NXT steht für eine neuartige Generation von Vision App-basierten Kameras und Sensoren. Ihre Bildverarbeitungs-Engine liefert wahlweise vorverarbeitete Daten zur Weiterverarbeitung an einen PC oder fertige Ergebnisse, mit denen auch direkte Prozessentscheidungen eigenständig und PC-unabhängig möglich sind. Mit dem App-basierten Ansatz können wiederkehrende Vision-Aufgaben in kurzer Zeit eingerichtet und gewechselt werden. Die Lagerhaltung unterschiedlicher Vision Sensoren für unterschiedliche Aufgaben entfällt.

Der IDS NXT Vegas ist der erste Sensor dieser neuen Gerätefamilie. Anwendungsrelevante Events meldet er selbständig über seine GPIOs. Das spart kontinuierliches Abfragen bzw. Senden von Befehlen. Für den Austausch von Ergebnissen ist der Sensor mit generischen Datenschnittstellen ausgestattet.

Das RS-232 Interface kann nach eigenen Anforderungen konfiguriert werden. Eine App bestimmt, welche Daten übertragen werden und wie diese zu interpretieren sind. Der neue Sensor kommuniziert mit jeder Maschinensteuerung, die ebenfalls dieses Interface nutzt. Durch verfügbare Gateways sind auch Anlagen mit alternativen Protokollen, wie z.B. CAN-Bus, Modbus-RTU, Profibus, KNX, oder PROFINET adressierbar.

Der RESTful (Representational State Transfer) Webservice stellt eine TCP/IP-Kommunikation bereit, über die auch sämtliche Geräteparameter des Sensors inklusive der Apps konfiguriert werden. Er ist sowohl über das HTTP Protokoll als auch die gesicherte Variante HTTPS mittels der Standard-Methoden GET, POST, PUT, PATCH, usw. erreichbar. Dies macht den IDS NXT Vegas nicht nur plattformunabhängig, sondern durch die weite Verbreitung der REST Infrastruktur auch sehr vielseitig in unterschiedlichsten Anwendungen nutzbar.

Der Sensor der neuen Generation ist durch das App-basierte System so wandlungsfähig wie ein Smartphone und durch seine integrierte Flüssiglinse, LED-Beleuchtung und einen ToF-Sensor (Time-of-Flight) zur Abstandsmessung in unterschiedlichsten Aufgaben der Bildverarbeitung einsetzbar. Er kann weder den Standard-Industriekameras noch den hochspezialisierten Smartkameras oder klassischen Vision Sensoren zugeordnet werden. Einsatz findet er immer dann, wenn ein Gerät mit hoher Anwendungsvielfalt benötigt wird. Als Boardlevel-Variante ist der IDS NXT Vegas zudem sehr interessant für den OEM-Gerätebau. Als vollständige Embedded Vision Komponente vereinfacht er das Design-In in eigene Geräte-Hardware und Software.

App-basierte Bildverarbeitung

Neue Funktionen so einfach zu installieren wie Apps auf einem Smartphone, ist einzigartig bei dieser neuartigen Gerätegeneration. Grundlage dafür ist die Plugin-fähige Gerätefirmware. Neben bereits fertigen Standard-Aufgaben lassen sich mit dem IDS NXT App-Development-Kit auch individuelle Aufgaben erstellen. Komplexere Aufgaben verteilen sich dabei auf mehrere Apps. Vision Apps verarbeiten Bilddaten und erzeugen daraus Ergebnisse, andere kümmern sich um die Gerätekommunikation und den Datenversand. Die Ein- und Ausgänge der Apps werden dazu miteinander verknüpft.

Die Vision Apps werden in C++ frei und flexibel programmiert. Der App-Entwickler wird durch die IDS NXT Bibliotheken unterstützt und kann sich dadurch auf die eigentliche Aufgabe seiner Vision App konzentrieren - die Bildverarbeitung. Die IDS NXT Firmware wird mit einer vorinstallierten Halcon Embedded Runtime Lizenz ausgeliefert. Die Integration der Halcon Bildverarbeitung erfolgt wie gewohnt über das C++-Interface oder durch komplette Skripte mittels der HDevEngine. Letzteres garantiert, dass die Bildverarbeitung vollständig plattformunabhängig an einem Desktop PC mit der Halcon Entwicklungsumgebung (HDevelop) erstellt und getestet werden kann, bevor sie in der Vision App zum Einsatz kommt. Mit dem IDS NXT Cockpit werden fertig gepackte Vision Apps installiert und aktiviert. Während der Entwicklungsphase unterstützen die Build-Werkzeuge auch das Remote-Debuggen der entwickelten Vision Apps. Durch optionale Hersteller-spezifische SSL-Schlüsselpaare (Private/Public-Key) in selbst programmierten Vision Apps und der Firmware kann die Ausführung auf eigene IDS NXT Geräte beschränkt und damit das „eigene Wissen“ gegen Missbrauch geschützt werden.

Durch Interaktionselemente aus der Vision App Bibliothek wird die Bildverarbeitung automatisch mit der Außenwelt verbunden. Spezielle C++ Klassen stellen Aktionen, Konfigurationsparameter, Ergebnisse und Datenquellen zur Verfügung. Neben den Einsprung-Funktionen innerhalb des App-Sourcecodes wird die Interaktionsschnittstelle über den zentralen RESTful Webservice bereitgestellt. REST Clients sind damit ohne Aktualisierung in der Lage, jede zuvor unbekannte App zu konfigurieren. Das IDS NXT Cockpit erzeugt zudem für jede App ein stets aktuelles GUI (Graphical User Interface), was es zu einem universellen Konfigurationstool macht. Die Programmierung einer eigenen, angepassten Client-Anwendung ist damit nicht notwendig.

Universelle Einsatzmöglichkeiten

Mit dem IDS NXT Vegas startet IDS die Einführung einer neuen Gerätegeneration, die Bildverarbeitungsaufgaben völlig eigenständig bearbeiten, mit vorverarbeiteten Daten eine PC-Anwendung aber auch unterstützen kann. Die frei programmierbare Plattform ist aber nicht an vorgegebene Aufgaben gebunden. Die Möglichkeit beliebige Vision Apps zu installieren, schafft universelle Einsatzmöglichkeiten in zahlreichen Anwendungsgebieten. Z.B. in der optischen Qualitätssicherung, als Analysegerät in der Medizintechnik, bei Überwachungsaufgaben durch Gesichtserkennung oder Fahrzeug- und Personenzählung. Mit dem HTTP-basierten RESTful Webservice ist der Sensor aber auch im industriellen SPS-Umfeld einsetzbar und durch das RS-232 Interface findet er mit Hilfe unterschiedlicher Gateways zahlreiche weitere Kommunikationspartner.

Mit dem IDS NXT Konzept bietet IDS neben Komponenten für die digitale Bildverarbeitung nun auch Lösungen an.