3D-CAD-Tools sind in der mechanischen, optischen und elektronischen Konstruktion weit verbreitet und viele Produkte werden zuerst im Computer modelliert und dort auch optimiert. Die Planung und Konstruktion von Bildverarbeitungssystemen sollte hier eigentlich keine Ausnahme sein.

Das Applikationsdesign ist ein Hauptkostenfaktor eines Bildverarbeitungssystems und die Möglichkeit zu simulieren, evaluieren und optimieren würde es dem Konstrukteur ermöglichen, selbst komplexe Systeme besser und in kürzerer Zeit auszulegen. Wie jedes andere CAD-Softwarepaket auch sollte eine CAD-Software für die Bildverarbeitung eine interaktive virtuelle Umgebung bieten, in der der Anwender die relevanten Komponenten- und Systemeigenschaften beschreiben und modellieren kann. Funktionen speziell für das Design von Bildverarbeitungssystemen können den Benutzer dann beim Analysieren, Testen, Optimieren und Simulieren unterstützen.

Systemmodellierung
Das neue Softwarepaket, das diesen Vorgaben entspricht, heißt VisionSystemDesigner 1.0. Die Modellierung des Vision-Systems mit der neuen Software beginnt mit dem Import des 3D-CAD-Modells der Applikationsumgebung, der Zielanlage und des zu inspizierenden Produktes. Danach kann der Anwender ein Kamera-Modell in das virtuelle System integrieren. Ein Kameramodell beschreibt die Kamerageometrie, die Schnittstellen und die für die Bilderzeugung spezifischen Merkmale. Wird ein virtuelles Objektiv mit der Kamera verbunden, kann die VisionSystemDesigner Software Bilder simulieren, entsprechend wie sie der reale Sensor erzeugen würde. Der nächste Schritt betrifft dann die Bewegung oder die Beleuchtung.
Entwickler können mit der neuen Software virtuelle Vision-Systeme zusammenstellen und simulieren, so wie sie später in der realen Maschine integriert werden. Dazu können fertige Bauteile aus einem Datenbankkatalog in den virtuellen Arbeitsbereich übernommen oder Objektive, Kameras oder die Beleuchtung einzeln modelliert werden. Die Konfiguration eines Vision-Systems wird dabei im Rechner dokumentiert und kann elektronisch gespeichert und übertragen werden. Basierend auf dieser Systembeschreibung berechnet die Software verschiedene Systemeigenschaften und Leistungscharakteristiken. Bei einer Erkennungs- oder einer Vermessungsapplikation kann die VisionSystemDesigner Software z. B. das Signalrauschen, die Bildauflösung, Helligkeitswerte, den Blickwinkel, den Tiefenschärfebereich, Variationen durch Perspektive oder optische Abbildungsfehler oder Variationen durch direkte Reflektionen, Positionsungenauigkeiten oder Unschärfe berechnen und visualisieren. Systemintegratoren können mit diesen Leistungskenndaten die verschiedenen möglichen Konfigurationen frühzeitig in einer einfachen, doch systematischen Weise beurteilen und damit die Machbarkeit der Aufgabenstellung abschätzen.

Komponentenspezifikation
Die VisionSystemDesigner Software bietet auch die Möglichkeit die Systemanforderungen zu definieren und geeignete Komponenten auszuwählen. Die Planung eines Bildverarbeitungssystems beginnt mit dem Verstehen und der Festlegung der anwendungsspezifischen Anforderungen. Diese Anforderungen können in der VisionSystemDesigner Software durch Markierungen direkt am CAD-Modell beschrieben werden. Bei einer Vermessungsaufgabe z. B. kann der Benutzer die Messstellen direkt am CAD-Modell markieren und dort die geforderte Messgenauigkeit in mm mit dem vorgegebenen Sigma-Wert spezifizieren. Für eine Erkennungsaufgabe kann der Benutzer am CAD-Modell den Ort und die Größe des Merkmals in mm und die benötigte Suchfenstergröße in Pixel (z. B. 16x16) markieren. Die Software stellt für verschiedene Standardaufgaben vordefinierte Marker zur Verfügung. Diese Marker werden vom VisionSystemDesigner in Komponentenanforderungen wie z. B. Blendenwert, Brennweite, Belichtungszeit, Kameraauflösung, Datenrate, Beleuchtungsstärke, Beleuchtungsempfehlungen, usw. umgerechnet. Der Benutzer kann die vorgeschlagenen Konfigurationen von Objektiven, Kameras und Beleuchtungselementen vergleichen, beurteilen und die geeignete Variante auswählen.

Interaktive ­Benutzerumgebung
The VisionSystemDesigner Soft­ware bietet eine ganze Reihe von Vorteilen. Der Konstrukteur kann die Machbarkeit einer Bildverarbeitungsapplikation bezüglich verfügbarer Hardware abschätzen, Kamerabilder simulieren und einen Bericht erzeugen, der das Bildverarbeitungssystem, die Anforderungen und die Leistungskenndaten beschreibt. Die semi-reale interaktive Benutzerumgebung ermöglicht neue Anwendungen auch in den Bereichen Marketing, Training und Service. Die dreidimensionalen Visualisierungen und Simulationen schaffen ein visuelles Verständnis des Systems und seiner Komponenten und können so bei Einkaufsentscheidungen unterstützen.
Besonders profitieren von der neuen Software Multi-Kamera-Applikationen, Projekte die eine initiale Performance-Analyse erfordern und Projekte mit eingeschränkten Testmöglichkeiten im Feld. Aber auch ganz allgemein werden Systemauslegungen profitieren von Dokumentation und optimierter Komponentenauswahl bei geringerem Zeitbedarf im Labor. Zusammenfassend: die VisionSystemDesigner Software vereinfacht die Planung und Entwicklung von Bildverarbeitungssystemen.

Kürzere Feldtests
Ein paar Einschränkungen gibt es jedoch. Nicht alle Effekte werden modelliert. Simulierte Bilder werden mit Approximationen generiert und können den Feld-Test nicht vollständig ersetzen. Es ist jedoch bekannt, welche Effekte und welche Störgrößen gut simuliert werden können und welche lediglich durch konzeptionelle Simulationen dargestellt werden. Mit diesem Eingangswissen können die echten Feldtests sich mehr auf die verbleibenden Szenarien konzentrieren, die schwieriger zu simulieren sind. Bildverarbeitungssysteme haben darüber hinaus vielfältigste Einsatzbereiche und die in der VisionSystemDesigner Software implementierten anwendungsspezifischen Marker repräsentieren lediglich die häufig auftretenden Standardapplikationen. Andere Anwendungen kann der Konstrukteur jedoch durch direkte Spezifikation oder durch Kombination vorhandener Applikationen ergänzen.