Äpfel und Birnen lassen sich - entgegen dem Sprichwort - über ihre Farbe doch vergleichen, zumindest im Supermarkt. Dort ist die Obstwaage mittels Kamera und Bildverarbeitungssystem dazu in der Lage, die Früchte zu unterscheiden. Die Waage bietet dem Kunden vier Möglichkeiten zur Auswahl. Der Käufer bekommt auf diese Weise Unterstützung: Er muss nicht mehr Dutzende von Tasten durchsuchen.

Längst werden in großen Supermärkten mehr als nur Äpfel und Birnen angeboten. Kunden verlangen exotische Produkte, wie Papayas, Kochbananen oder Zitronengras. Dieses vielfältige Angebot an frischen Produkten hat einen Nachteil: Obstwaagen mit Dutzenden Tasten, bei denen es schwierig ist, die richtige Sorte zu finden. Oft findet der Käufer erst nach längerem Suchen die richtige Taste, oder er muss sich bis zu vierstellige Nummern merken. Hilfe bietet an dieser Stelle die Waage UC3-GTT-P des Unternehmens Mettler Toledo, die mittels kompakter USB-Kamera eigenständig die aufgelegte Ware erkennt. Diese Selbstbedienungs-Waage basiert auf einem PC und ist mit einem Touchscreen ausgestattet. Die Kamera, eine 3,5 cm große Einplatinenversion, sitzt versteckt in einem gebogenen Metallarm, der an dem Bildschirm befestigt ist. So schaut die USB uEye LE der Firma IDS Imaging Development Systems direkt auf die Wiegeplatte mit den Frische-Produkten.

„Erkennung läuft"
Sobald ein Kunde Gewicht auf die Waage legt, wird er über das Bedienfeld informiert: „Erkennung läuft" und der Prozess startet. Zunächst wird geprüft, ob sich das von der Kamera aufgenommene Bild noch ändert, beispielsweise weil sich die Hand des Benutzers noch im Sichtfeld befindet. Sobald das Bild ruhig steht, beginnt die Auswertung. Nach etwa einer Sekunde werden dem Kunden vier mögliche Treffer präsentiert. Aus diesen wählt er wie gewohnt das Produkt aus und erhält ein Etikett.
Die Bildauswertung selbst basiert auf dem Prüfmerkmal Farbe. Die Farben der aufgelegten Ware werden mit einer hinterlegten Liste von Farben abgeglichen, die einzelnen Obst- und Gemüsesorten zugeordnet sind. Es werden nicht nur einzelne Farben, sondern auch Kombinationen ausgewertet. Beispielsweise erkennt das System eine bestimmte Kombination von Rot, Grün und Gelb als „Paprika-Mix". Zusätzlich hilft die kombinierte Auswertung bei der Unterscheidung von farbähnlichen Sorten wie Banane und Zitrone. Merkmale wie Form und Textur gehen zwar ebenfalls in die Auswertung ein, allerdings erschweren die Plastikbeutel die Analyse. Ein voll­automatisches System ist aufgrund von Störeinflüssen, wie stark schwankenden Lichtverhältnissen oder verdeckten Bildbereichen, nicht realisierbar.
Die Algorithmen entwickelte Mettler Toledo in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer-Institut für Informations- und Datenverarbeitung. „Dabei war die größte Herausforderung die eigentliche Definition und die Gewichtung der Merkmale", ­berichtet Produktmanager Klaus Weber.

Farben zuverlässig erkennen
Bei der Kameraauswahl stand neben der Baugröße und dem USB 2.0-Anschluss die Farbqualität ganz oben auf der Liste der Anforderungen. Die Ingenieure von Mettler Toledo entschieden sich für die UI-1226LE-C, ein Modell aus der USB uEye LE Kamerafamilie von IDS. Der lichtempfindliche CMOS-Farbsensor der Platinenkamera nimmt bei voller Auflösung von 752 x 480 Pixeln bis zu 87 Bilder pro Sekunde auf. Der automatische Weißabgleich der uEye arbeitet selbst auf dem blauen Hintergrund der Waage stabil.
Ein zweites Auswahlkriterium war die Software-In­tegration der Kamera. Je nach Kundenvorgabe installiert Mettler Toledo auf dem inte­grierten PC der Waage entweder ein Linux- oder ein Windows-basiertes Betriebssystem. „Die räumliche Nähe des schwäbischen Kameraspezialisten war ein zusätzlicher Pluspunkt", erläutert der zuständige Ingenieur Walter Grom. Denn während der Entwicklungsphase war er mehrmals bei IDS vor Ort, um sich von der Qualität der Fertigung zu überzeugen und um kundenspezifische Anpassungen der Kamera-Hardware zu besprechen. „Es war uns wichtig, einen guten Eindruck von der Qualität und der Zuverlässigkeit des Kameralieferanten zu bekommen", fügt Produktmanager Weber hinzu.

In Deutschland ist das Gespann aus Präzisionswaage und Industriekamera bereits in über 300 Filialen einer großen Lebensmittel-Einzelhandelskette im Einsatz. Bei weiteren Händlern in Deutschland und Europa laufen ebenfalls erste Systeme, die Ausweitung auf flächendeckenden Einsatz ist auch dort geplant.

Die uEye-Kamerafamilie
Die USB uEye LE-Serie umfasst mehrere kompakte und günstige USB 2.0-Kameras mit CMOS-Sensoren in Auflösungen von WVGA bis 5 MPixel. Neben den Platinenversionen mit M12- oder M14-Objektivgewinde bietet IDS auch eine Variante im Kunststoffgehäuse.
Die uEye-Kamerafamilie bietet zudem CMOS- und CCD-Modelle in robusten Metallgehäusen mit USB 2.0- oder GigE-Schnittstelle. Das umfangreiche uEye Software Development Kit (SDK) für Windows und Linux ist kostenlos verfügbar und für alle uEye Kameras treiberkompatibel. Zum Umfang des uEye SDK gehören über 20 Demo-Programme für die Kameraeinbindung und Bilderfassung samt Quellcode in C++, C# und VB. Anwender von Standardsoftware erhalten eine ActiveX-Komponente sowie Schnittstellen für DirectShow/WDM, TWAIN und viele gängige Machine-Vision-Programme. Die Kameras der uEye LE-Serie unterstützen den neuen Softwarestandard GenICam.