Fallstudie LASTER: Steigerung der Produktivität und Effektivität durch Augmented Reality

Viele Unternehmen verwenden bereits intelligente Brillen, auf denen sie ihren Mitarbeitern zusätzliche, kontextbezogene Informationen zur Verfügung stellen, um die Produktivität der Mitarbeiter und die Effektivität der Prozesse zu erhöhen. Der französische Brillenhersteller LASTER Technologies beauftragte den Bildverarbeitungsspezialisten FRAMOS mit der Entwicklung seiner neuesten Brille.

Intelligente Brillen boomen! Sie sind nicht nur für Verbraucher spannend, die damit z.B. herausfinden können, wo die nächste Tankstelle ist oder was im Kino um die Ecke läuft. Auch im geschäftlichen Umfeld nutzen immer mehr Unternehmen diese Verbindung zwischen der realen Welt und den überlagerten Informationen, die vom Computer kommen, mit anderen Worten: Augmented Reality, oder AR. Diese Technologie ist eine ideale Lösung, insbesondere in der Produktion, Montage und Wartung – überall dort, wo Menschen beide Hände frei haben müssen. Das Marktforschungsinstitut Gartner hat vorausgesagt, dass Unternehmen bis 2017 etwa eine Milliarde Dollar einsparen könnten, da diese Brillen die Diagnose und Reparatur erleichtern und häufig den Einsatz von Servicetechnikern vor Ort verringern.

Das Herzstück der Produktpalette ist die von dem Unternehmen selbst entwickelte und patentierte optische SeeThru EnhancedView-Technologie. SeeThru bedeutet, dass nicht nur Informationen auf der Brille angezeigt werden, sondern dass der Benutzer auch durch die Brille hindurch sehen kann wie durch eine normale Brille. EnhancedView gilt als das Produkt mit der besten Bildqualität mit einer Bildauflösung von über 800×600 Pixeln. Das ist vergleichbar mit dem Blick auf einen 2,70 Meter großen Bildschirm (107 Zoll diag) aus einer Entfernung von 3 Metern.

Um einen Schritt voraus zu sein, vor allem auf dem industriellen Markt, müssen Spezialisten modernste Produkte und das beste Lösungsportfolio anbieten. Dies ist vor allem in Sektoren wie der Luftfahrt, der Automobilindustrie, der Medizin und der Verteidigung gefragt, wo es auf hohe Genauigkeit ankommt. Ein gutes Beispiel dafür sind Anwendungen, bei denen Sensoren eingesetzt werden, die genau den individuellen Kundenanforderungen entsprechen. In diesem Beispiel leisten die Global Shutter CMOS-Kameras von FRAMOS seit Juli 2014 einen wichtigen Beitrag. „FRAMOS bietet uns eine maßgeschneiderte Lösung, mit der ein hochwertiger, für den industriellen Einsatz konzipierter Sensor in unsere Produkte integriert werden kann“, erklärt Thierry Penet, Director of Sales & Marketing bei LASTER. Für das Unternehmen war es besonders wichtig, dass der Kamerasensor mit einem fokussierbaren und austauschbaren Objektiv(M12-Mount) ausgestattet ist, ein extrem stabiles Bild ohne Shutter-Artefakte liefert und rauscharm ist. Außerdem war eine niedrige Latenzzeit für den Stream von der Kamera zum PC/Display erforderlich.

Zuvor hatte das französische Unternehmen eine analoge, ultraschlanke NTSC-Videokamera eingesetzt. „Diese Kamera benötigte jedoch einen USB-Konverter, der den analogen VGA-Videostrom in einen digitalen umwandelte. Dies erforderte nicht nur mehr Platz, sondern führte auch zu einer deutlich schlechteren Bildqualität. Außerdem hatten die meisten Algorithmen große Schwierigkeiten, gute Tracking-Ergebnisse zu erzielen“, erinnert sich Thierry Penet.

Die größte Herausforderung für LASTER bestand darin, die Kamera auf kleinstem Raum unterzubringen. Wie wir wissen, verfügen die meisten Smartphones heute über Kameras mit kleinem Formfaktor, die jedoch nicht für den zuverlässigen Einsatz in einer industriellen Umgebung geeignet sind. Eine Kamera mit globalem Verschluss war erforderlich, um den Unschärfeeffekt zu vermeiden – ein üblicher Effekt von Handykameras beim Filmen von sich bewegenden Objekten -, da ein globaler Verschluss das Licht steuert, das gleichzeitig auf alle Pixel fällt, so dass alle Pixel entweder gleichzeitig dem Licht ausgesetzt oder vom Licht abgeschirmt werden, wodurch jegliche Verzerrung vermieden wird.

Die Experten haben sich die Auswahl der am besten geeigneten Kameratechnologie nicht leicht gemacht: „Wir haben eine breite Palette von Global Shutter CMOS- und Rolling Shutter-Kameras für den industriellen Einsatz untersucht. Wir haben unsere Kriterien auf eine Liste von Anforderungen gestützt, die unserer Meinung nach von FRAMOS am besten erfüllt wurden“, erklärt Benoit Froissard, F&E-Ingenieur bei LASTER. Zu diesen Kriterien gehörten der Sensor, die mechanische Integration, die FunktionalitÃ?t, die Schnittstelle fÃ?r die Anwendungsprogrammierung, der Preis und die Mindestbestellmenge, da fÃ?r die Prototypen nur eine kleine Menge der maßgeschneiderten Kameras benötigt werden wÃ?rde, insbesondere zu Beginn des Projekts. „Für uns war die Flexibilität der Zusammenarbeit mit FRAMOS wichtig, ebenso wie ihre Bereitschaft, sich auf dieses Entwicklungsszenario einzulassen“, versichert Thierry Penet.

Für FRAMOS bestand die größte Schwierigkeit darin, die Kamera genau für die Verwendung in der Spezialbrille zu entwickeln. Diese Herausforderung wurde mit dem Aptina-Sensor MT9V024 und einer speziellen seriellen Schnittstelle, die die Verbindung zwischen der Brille und dem Computer herstellt, gelöst. Der Sensor besticht durch seine hervorragende Pixelleistung und Bildqualität, exakte Farbwiedergabe, hohe Lichtempfindlichkeit und geringes Rauschen. Um genügend Platz zu haben, konnte der Kamerakopf mit nur wenigen Komponenten und Drähten entwickelt werden, musste aber dennoch die Drehbarkeit der Kamera ermöglichen. Die auf Microsoft Framework .Net basierende und in C# programmierte Software – die FRAMOS ursprünglich verwendet hatte – musste auf C/C++ portiert werden, damit LASTER sie auf der erforderlichen Linux-Plattform einsetzen konnte. Der Bildverarbeitungsspezialist hat die Entwurfs- und Implementierungsphase in nur drei Monaten abgeschlossen. LASTER arbeitet derzeit mit Prototypen, aber die industrielle Produktion wird in Kürze beginnen. „Wir sind sehr zufrieden mit der Zusammenarbeit mit FRAMOS: die Reaktionszeiten sind schnell und der Support ist hervorragend. Vor allem unsere Ansprechpartner in der französischen Niederlassung haben uns geholfen, das Projekt gemeinsam zu einem erfolgreichen Abschluss zu bringen“, berichtet Bennoit Froissard.

„Mit dieser Lösung können unsere Kunden ihre eigenen Anwendungen erstellen und die Bildverarbeitung mit Augmented Reality-Algorithmen verbinden. Die Kamera nimmt in Echtzeit auf und die Position der Kamera wird in 3D berechnet, wodurch der Benutzer in seiner aktuellen Aufgabe und Umgebung lokalisiert wird. Auf diese Weise werden die richtigen Informationen zum richtigen Zeitpunkt angezeigt: Das steigert die Effizienz und damit die Produktivität“, erklärt der Vertriebsleiter. Die Kunden des Herstellers von Smart Glasses verwenden entweder Software Development Kits von Augmented Reality-Anbietern oder ihre eigenen Algorithmen.

Viele Anwendungen könnten von dieser Lösung profitieren. Ein aktueller LASTER-Kunde aus der Luftfahrtindustrie nutzt die Brille, um seinen Wartungstechnikern virtuelle Produktdiagramme, Grundrisse und Schaltpläne – einschließlich Handlungsanweisungen – des zu prüfenden oder zu reparierenden Teils zur Verfügung zu stellen, damit die Komponente oder Maschine zuverlässig und mit minimalen Fehlern gewartet werden kann. Bei sehr speziellen Reparaturarbeiten kann dieses Verfahren dazu beitragen, dass keine teuren Experten zum Kunden eingeflogen werden müssen. LASTERs Kunden aus vielen Branchen, darunter die Automobilindustrie, eine Vielzahl von Industriezweigen, die Medizin und die Logistik, nutzen die Eyewear-Technologie, um die Effektivität ihrer Prozesse zu erhöhen und ihren Mitarbeitern die bestmögliche Unterstützung bei der Wartung zu bieten.

Mit seiner neuen Brillenlösung möchte LASTER zusätzliche Zielgruppen und Märkte ansprechen, darunter Sicherheit, Verteidigung und Sport, von Frankreich über Asien bis hin zum Nahen Osten und Afrika. „Die in Zusammenarbeit mit FRAMOS entwickelte Kamera bietet uns die Möglichkeit, eine Komplettlösung fÃ?r Bereiche anzubieten, in denen „data on the fly“ eine besonders wichtige Rolle spielt“, schließt Thierry Penet.