Gestenerkennung hält Einzug in die industrielle Messtechnik

Werden Prüfingenieure künftig ihre Messtechnik über Gesten und mit Gesichtserkennung bedienen und steuern? Einen preiswerten Einstieg in die Welt der Vision-Sensoren verspricht Omron.

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Geräte mit Ausdrucks- und Gestenerkennung kennt der Prüfingenieur bereits von zu Hause: seien es Spielekonsolen oder das Smartphone mit Entsperrung über die Gesichtserkennung. Gesteuert werden die Geräte über Knöpfe auf der Vorderseite des Geräts und sie verfügen idealerweise über kontext-sensitive Touchdisplay-Schnittstellen. Auch in der industriellen Messtechnik werden die Anwender künftig interagieren. Dabei ist die Technik der optischen Erkennung bereits so ausgereift, dass bereits die erwähnten Anwendungen realisierbar sind. Dazu gehören beispielsweise Testdurchläufe, die mit einer Handbewegung gestartet oder angehalten werden. Die Gesichtserkennung sorgt dafür, dass Personen, die eine Handgeste ausgeführt haben, für die Anlage befugt sind. Dabei können die sogenannten Vision-Sensoren verschiedene Faktoren identifizieren. Dazu gehören das Alter und Geschlecht des Anwenders, aber auch die Gemütslage. Kombiniert mit herkömmlichen Messzielen wie Temperatur oder Druck eröffnen sich dem Anwender neue Möglichkeiten.

Die Integration von Vision-Funktionalität in ein eingebettetes System hängt kritisch von der Güte der eingesetzten Gesichts- und Gestenerkennungs-Algorithmen ab, ein verlässliches Ergebnis zu liefern, ohne übermäßig viel Systemressourcen zu verbrauchen. Wo könnten die herkommen? Denn auch ausgereifte Algorithmen sind prozessor- und speicherintensiv. Zusätzliche Fähigkeiten zur Erkennung verlangen nach zusätzlichen Systemressourcen. Zur Integration einer Kamera und Linse sind Kenntnisse in optischem Design erforderlich. Hier kennen sich nur wenige Integratoren aus. Diese müssen auch die Genauigkeit und Konsistenz der ausgegebenen Ergebnisse einschätzen und sicherstellen, dass das Modul zur Gesichtserkennung für die beabsichtigte Anwendung richtig kalibriert wurde.

Einfacher Einstieg in die optische Gesichtserkennung

Der Sensor-Hersteller Omron bietet mit HVC-P2 ein Vision-Modul an, das speziell auch für Messtechnik-Anwendungen entwickelt wurde. Vorteil: Es ist in niedrigen Stückzahlen erhältlich und jeder Designer kann es einfach integrieren, ohne dass er die komplexen Algorithmen verstehen muss. Damit hat der Entwickler die Möglichkeit, ein Modul zu implementieren, die Gesten, Gesichter oder Mienen erkennt und zudem für die optische Gestaltung notwendig sind. Das Modul ist eine voll integrierte steckerfertige Komplettlösung. Der Entwickler muss lediglich die ausgegebenen Daten in seinem System weiterverarbeiten, damit es angemessen reagiert.

Module wie das HVC-P2 sind deshalb schnell einsatzbereit, weil sich bekannte Technik aus der Konsumerelektronik verwenden. Das HVC basiert auf der von Omron entwickelten OKAO Vision Software. Hierbei handelt es sich um einen Satz von Bilderkennungsalgorithmen, die in über 500 Mio. Digitalkameras, Mobiltelefonen und Überwachungsrobotern weltweit verwendet wird. HVC integriert zehn entscheidende Bildverarbeitungsfunktionen, eine Kamera und eine externe Schnittstelle. Produktentwickler können aufgrund der Erfassung von Gesicht, Hand oder Körper eines Menschen Funktionen wie Gesichtserkennung, Geschlechtserkennung, Altersschätzung sowie Einschätzung von Gemütsverfassung, Gesichtsausdruck, Blickrichtung und Blinzeln implementieren. In jedem Fall gibt das Modul einen Wert zusammen mit einem Grad der Sicherheitsvermutung aus, sodass der Programmierer das Ansprechverhalten für jede individuelle Anwendung richtig konfigurieren kann.

Gesichter zuverlässig aus bis zu drei Metern erkennen

Zu den wesentlichen Eigenschaften des Moduls gehören laut Hersteller die Geschwindigkeit und Konsistenz des Ansprechverhaltens und die Entfernung, über die Messungen vorgenommen werden können. Zum Beispiel kann das Modul des Typs HVC-P2 ein Gesicht über eine Distanz von bis zu drei Metern erfassen, erkennen und wiedererkennen und mit seiner Messung ein Vertrauensniveau bereitstellen. Die Einschätzung, ob geblinzelt oder in welche Richtung geblickt wird, erfordert weniger als eine Sekunde. Die Stimmung eines Subjekts bewertet das Modul anhand von fünf Gesichtsausdrücken. Überdies kann es einen menschlichen Körper bis zu 17 Metern und eine Hand bis zu sechs Metern Entfernung erkennen. HVC bettet die OKAO-Software in eine Hardware-Plattform mit Kamera, Prozessor und einer UART-Schnittstelle ein, deren digitales und optisches Design speziell für diese Anwendung optimiert wurde.

Die für diese Funktionen nötigen Algorithmen sind komplex und verarbeitungsintensiv, werden aber zur Gänze innerhalb des Moduls abgearbeitet. Die anfallenden speicher- und prozessorintensiven Berechnungen beanspruchen das Hostsystem in keinster Weise. Auch befreit das Modul den Systementwickler auch davon, Zeit für das Erstellen und Testen der Algorithmen aufwenden zu müssen, was ja eine vielschichtige und zeitraubende Aufgabe ist.

Gesichts- und Gestenerkennung sind nichts Neues. In hochvolumigen Verbraucherelektronikgeräten gibt es sie schon eine ganze Weile. Jetzt ist die Technik auch für die Mess- und Prüftechnik verfügbar in Form von Instrumenten, die auf die Anforderungen des Nutzers proaktiv antworten, anstatt seinen Anweisungen bloß passiv Folge zu leisten. Das IoT erweitert die Einsatzmöglichkeiten für Vision-Systeme mit festgelegten Schwellenwerten und zugeordneten automatisiert erfolgenden Aktionen. So lässt sich eine neue Klasse von Messungen erschaffen und automatisch aufzeichnen. Eine einfachere und reibungslose Interaktionen zwischen Mensch und Maschine wird die Art und Weise verändern, wie wir mit Testequipment arbeiten.

* Gabriele Fulco ist European Product Marketing Manager bei Omron Electronic Components in Italien.

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