3-D-Fotografie mit Standardkameras: Start-up K-Lens GmbH entwickelt Spezialobjektiv für Foto und Film

Pressemitteilung der Universität des Saarlandes vom 08.03.2018

Bisher mussten Fotografen und Filmemacher Spezialequipment anschaffen, wenn sie den Schärfebereich noch nach der Aufnahme verändern oder ein Motiv dreidimensional wiedergeben wollten. Das Start-up K-Lens hat nun ein Spezialobjektiv entwickelt, das jede Standardkamera in eine 3-D-Kamera verwandeln kann. Was als Forschungsprojekt des Max-Planck-Instituts für Informatik und der Universität des Saarlands begann, und mit Hilfe des IT-Inkubators weiterentwickelt wurde, soll ab 2019 als kommerzielles Produkt verfügbar sein.

Bisher war das Erfassen von Tiefeninformationen nur bei Aufnahmen möglich, die mit Kamera-Arrays oder speziellen Lichtfeld-kameras gemacht wurden. Diese nehmen zusätzlich zu den zwei Bilddimensionen auch die Richtung der einfallenden Lichtstrahlen auf. Die Vorteile, wie erweiterter Tiefenschärfebereich, Anpassung von Schärfe und Unschärfe in der Nachbearbeitung, tiefenbasiertes Freistellen und 3-D-Bilder bezahlten die Fotografen und Filmemacher jedoch mit einem hohen Anschaffungspreis und einer umständlichen Arbeitsweise. Das vom Saarbrücker Start-up K-Lens entwickelte gleichnamige Spezialobjektiv, das auf einem Forschungsprojekt des Max-Planck-Instituts für Informatik und der Universität des Saarlandes basiert, ermöglicht nun jedem Fotografen, mit seiner bisherigen Ausrüstung die Vorteile der 3-D-Technik zu nutzen. „Der Vorteil unseres Objektivs ist, dass es mit den heutigen Technikstandards kompatibel ist und daher mit jeder Kamera verwendet werden kann“, erklärt Matthias Schmitz, Gründer und Geschäftsführer. Auf dem Kameramarkt gibt es bisher kein Objektiv, das mit den Möglichkeiten der K-Lens mithalten kann. Es biete nicht nur vollständige Kontrolle von Schärfe und Unschärfe, tiefenbasiertes Freistellen, Perspektivwechsel und 3-D-Aufnahmen, sondern auch vollständigen Zugang zu den Tiefenebenen der Aufnahme.

„Kein Foto muss mehr wegen Fokussierungsfehlern in den digitalen Papierkorb wandern, ein häufiges Problem, beispielsweise in der Makrofotografie. Motiv-Reihen, wie in der Produktfotografie, können schneller abfotografiert und Bildobjekte schneller freigestellt werden“, erläutert Klaus Illgner. Der promovierte Ingenieur und enthusiastische Hobby-Fotograf ist bei K-Lens für die technische Entwicklung zuständig. Neue Effekte, wie beispielsweise Schärfe und Unschärfe in der gleichen Bildebene, ließen sich ebenfalls mit der K-Lens realisieren. Die dazu notwendige Nachbearbeitungssoftware liefert das Start-up-Unternehmen mit.

Das Produkt soll eine Länge unter 20 cm und ein Gewicht von maximal 800 g haben und entspricht damit gängigen aus der Hand nutzbaren Zoomobjektiven. Kernstück ist der sogenannte „Image Multiplier“, ein Spiegelsystem, das kaleidoskopartig verschiedene Perspektiven auf das gleiche Motiv oder die gleiche Szene erzeugt, die dann simultan auf den Kamerasensor projiziert werden. Eine von K-Lens entwickelte Software generiert daraus dann das Lichtfeldbild.

Die weltweite Patentierung zum Schutz dieses Verfahrens läuft bereits. Nach erfolgter Anerkennung in den USA erwarten Matthias Schmitz und seine vier Kollegen das Patent für die weiteren Märkte noch in diesem Jahr. Nach zwei Jahren Entwicklungsarbeit im IT-Inkubator, einer Einrichtung der Universität des Saarlandes und Max Planck Innovation auf dem Saarland Informatics Campus wird das fünfköpfige Team seit Oktober 2017 durch die saarländische Wagnisfinanzierungsgesellschaft (SWG) finanziert. Doris Woll, Geschäftsführerin der SWG, freut es, dass mit der Beteiligung ein innovatives Unternehmen im Saarland entstanden ist und die Markteinführung der K-Lens-Technologie an dem Ort gefördert wird, an dem sie auch maßgeblich entwickelt wurde. „Perspektivisch werden hier neue, anspruchsvolle und attraktive Arbeitsplätze in einem innovativ-technologischen Umfeld entstehen“, so Doris Woll. „Dies ist das Ziel bei allen Investments, die von der SWG begleitet werden.“ Gleichzeitig arbeitet K-Lens in einem Forschungsprojekt mit, über das eine kommerzielle Lichtfeldkamera für die professionelle Filmindustrie realisiert werden soll. Das vom Bundesministerium für Bildung und Forschung geförderte Projekt hat ein Projektvolumen von 2,7 Millionen Euro. „Langfristig empfänden wir eine strategische Kooperation mit einem der Marktführer wie Sony, Nikon oder Canon als interessant, um von deren Produktions-Know-How und internationalem Vertriebs- und Servicemodel zu lernen“, erklärt Matthias Schmitz. Das erste rein fotografisch ausgelegte K-Lens-Spezialobjektiv wollen die Gründer noch in diesem Jahr als Prototyp präsentieren.

Der Volljurist und Diplombetriebswirt Mathias Schmitz blickt auf 15 Jahre Berufserfahrung hauptsächlich in der Unternehmensberatung bei PricewaterhouseCoopers zurück und ist bei K-Lens für die Geschäftsfeldentwicklung zuständig. Für die technische Entwicklung ist Dr. Klaus Illgner verantwortlich. Der promovierte Ingenieur verfügt über umfangreiche Erfahrung in der Bild- und Videotechnik, unter anderem durch Stationen bei Texas Instruments und Siemens sowie in der audiovisuellen Medientechnikentwicklung bei der IRT GmbH.

Externer Link: www.uni-saarland.de

QUAR – Künstliche Intelligenz für die Industrie 4.0

Pressemeldung der Universität Passau vom 21.02.2018

Motorblöcke werden bereits weitgehend vollautomatisiert produziert. Das Institut FORWISS an der Universität Passau entwickelt ein intelligentes System, um die Überwachung eines Teils dieser Prozesse ebenfalls zu automatisieren: Mit Hilfe von maschinellem Lernen soll das System genaue Vorhersagen über den Verschleißzustand von Bearbeitungsmaschinen treffen können.

Die Fertigung von Motorblöcken aus Aluminium funktioniert ohne menschliche Handgriffe: Nach dem Guss entkernen und bearbeiten Roboter die Gussteile vollautomatisiert. Mehrere Bearbeitungsstationen gehören zu einer Anlage, die jeweils auf Teilaufgaben spezialisiert sind.

Bei der Vorentkernung beispielsweise schlagen zwei Presslufthämmer gleichzeitig auf ein Bauteil ein, um den Sand der innen liegenden Sandkerne zu lockern. „Diese Hämmer arbeiten stets an ihrer eigenen Belastungsgrenze und der des Bauteils“, erklärt Dr. Erich Fuchs, Geschäftsführer des Instituts für Softwaresysteme in technischen Anwendungen der Informatik (FORWISS Passau). Und die Arbeit muss exakt erfolgen. „Wenn die Hämmer nur fünf Millimeter daneben einschlagen, beschädigt das womöglich den Motorblock.“

Hinzu kommt ein weiteres Risiko: Sollte eine der in der Prozessreihe liegenden Maschinen ausfallen, steht die gesamte Anlage mit all ihren 13 Stationen still, in der mehrere Motorblöcke gleichzeitig bearbeitet werden. Es kommt also zu kostenintensiven Ausfällen.

Intelligentes System wird auf bestimmte Signale trainiert

Hier setzt das Projekt „Vorausschauende Instandhaltung und Qualitätssicherung in der Rohteilbearbeitung – QUAR“ an: Die Forscherinnen und Forscher wollen mit Hilfe von künstlicher Intelligenz ein voll automatisiertes Überwachungssystem entwickeln. Das System soll durch Methoden des maschinellen Lernens darauf trainiert werden, genaue Vorhersagen zu treffen, wann womöglich beispielsweise die Hämmer nicht mehr korrekt arbeiten oder ausfallen könnten.

Dazu identifizieren die Forscherinnen und Forscher Signale, die auf solche Ausfälle hindeuten könnten. Mechanische Veränderungen bei den Presslufthämmern geschehen schleichend und sind schwer zu beobachten. Sie führen aber auch zu Abweichungen in den Prozessen. Die Forscherinnen und Forscher versuchen, diese mit Hilfe von Vibrationssensoren oder über die Stromaufnahme oder weitere Sensoren messbar zu machen.

Das Team trägt also alle verfügbaren Informationen zusammen und füttert das intelligente System damit. So sollen in der Rohteilbearbeitung zukünftig ungeplante Stillstandszeiten vermieden werden. Das System soll optimale Zeitpunkte ermitteln, zu denen kritische Komponenten ausgewechselt werden müssen. Das Projekt QUAR trägt mit diesem intelligenten Überwachungs- und Instandhaltungssystem einen Baustein zur Digitalisierung des gesamten Produktionsprozesses bei.

Beteiligte und Förderung

Prof. Dr. Tomas Sauer, Inhaber des Lehrstuhls für Mathematik mit Schwerpunkt Digitale Bildverarbeitung, leitet das Projekt zusammen mit FORWISS-Geschäftsführer Dr. Erich Fuchs. Das Institut bearbeitet den theoretischen Teil, also etwa die Auswahl und Umsetzung geeigneter Lernverfahren und deren mathematische Modellierung. Projektpartner aus der Industrie ist die Firma R. Scheuchl GmbH mit Sitz in Ortenburg, die als Hersteller von Spezialmaschinen für den kompletten Aufbau und den Testbetrieb der Anlage zur Rohteilverarbeitung zuständig ist. Das Bayerische Staatsministerium für Wirtschaft und Medien, Energie und Technologie fördert das Vorhaben mit Mitteln aus dem Forschungs- und Entwicklungs-Programm „Informations- und Kommunikationstechnik“ des Freistaates Bayern. (Katrina Jordan)

Externer Link: www.uni-passau.de

Blinker und Bremslicht fürs Fahrrad

Pressemitteilung der HAW Landshut vom 31.01.2018

Ein Projekt der Hochschule Landshut könnte das Radfahren im Stadtverkehr sicherer machen.

Im Projekt „Smart Foil Display“ entwickelten Studierende der Hochschule Landshut ein System, über das Fahrradfahrer blinken können. Auch an ein Bremslicht haben die Studierenden gedacht. „Die Entwicklung eignet sich besonders für die Dämmerung, wenn Handzeichen nicht gut zu sehen sind“, erklärt Prof. Dr. Artem Ivanov von der Fakultät Elektrotechnik und Wirtschaftsingenieurwesen, der die Arbeiten betreut hat.

Die Steuerelektronik ist in den Fahrradlenker eingebaut. Die beiden Elektrotechnik-Studenten Markus Brandl und Markus Kollmansberger haben sie entwickelt und zusammengebaut. Über einen kleinen Schalter, ähnlich wie an einem Roller, kann der Fahrradfahrer den Blinker nach links oder rechts setzen. Auf seinem Rucksack leuchtet dann ein blauer Pfeil auf: „Im Rucksack ist ein Elektrolumineszenz-Display, kurz ELD, integriert“, erklärt Ivanov. Die Elektronik in der Lenkerstange gibt Signale via Bluetooth an das ELD weiter. Ist der Blinker gesetzt, zeigt ein blauer Pfeil auf dem Rucksack an, in welche Richtung der Fahrradfahrer abbiegen wird. Und wenn er bremst, leuchtet auf dem Rucksack der Schriftzug „BRAKE“ auf.

Elektronik im Lenker, Display auf dem Rucksack

Die Steuerung funktioniert auch über das Smartphone: Carmen Ströber, die Elektro- und Informationstechnik an der Hochschule Landshut studiert, hat dafür eine App entwickelt. Darin lässt sich zusätzlich zu Verkehrssignalen auch ein beliebiger Text eingeben, der dann über das Display läuft. „Über die App könnten auch Skater blinken und Bremslicht zeigen“, erklärt Prof. Dr. Petra Tippmann-Krayer, die diesen Teil der Arbeit betreut hat.

Das Display selbst besteht aus einer biegsamen Trägerfolie, auf die elektrische und isolierende Schichten im Siebdruckverfahren aufgedruckt sind. Maximilian Ott, der Internationales Wirtschaftsingenieurwesen studiert, hat die Folien-Displays gemeinsam mit dem Labormeister Gerhard Sattelberger hergestellt. Elektrische Spannung sorgt dafür, dass Pfeile und Schriften auf den Folien leuchten. Dafür wird eine elektrische Schalterplatte auf die Rückseite des Displays befestigt und angeschlossen – ebenfalls eigens in den Landshuter Laboren hergestellt. „Die Rückseite haben wir noch mit Polyurethan vergossen“, erklärt Ivanov. „Das schützt die Elektronik vor Wasser und mechanischen Belastungen.“

Eine Serienproduktion ist derzeit nicht geplant. Doch Ivanov und Tippmann-Krayer haben die Entwicklungen beim Wettbewerb der Organic and Printed Electronic Association eingereicht.

Externer Link: www.haw-landshut.de

Digitalisierung in der Automobilproduktion

Presseinformation (Forschung Kompakt) der Fraunhofer-Gesellschaft vom 02.01.2018

Der Optimierungsdruck in den Hallen der Automobilhersteller ist groß: Die Varianz nimmt stetig zu, die Kosten müssen im Rahmen bleiben. Fraunhofer- Forscher bringen via RFID-Technologie nun mehr Transparenz in die Logistik und Produktionsprozesse bei Automobilherstellern. Das heißt: Der Aufwand wird geringer, die Wirtschaftlichkeit steigt.

Wer schon mal einen Neuwagen bestellt hat, weiß: Die Liste der Extras ist lang, die Variantenvielfalt wird immer größer. Für die Autohersteller geht diese Individualität mit großen Herausforderungen einher. Denn viele Bauteile sind rein äußerlich für die Werker kaum zu unterscheiden – so sieht ein Sicherheitsgurt für deutsche Autos dem für non-EU-Autos zum Verwechseln ähnlich. Sicherheitsrelevante Bauteile werden daher mit einem Barcode versehen, der manuell gescannt werden muss. Im Zuge der Digitalisierung entlastet RFID die Mitarbeiter von dieser Routineaufgabe und gibt ihnen gleichzeitig durch automatische Prüfung die Sicherheit, die richtigen Teile verbaut zu haben.

Prozesssicherheit und Transparenz steigern

Forscher vom Fraunhofer-Institut für Fabrikbetrieb und -automatisierung IFF in Magdeburg rüsten die Produktions- und Logistikprozesse nun für die Digitalisierung respektive für Industrie 4.0. »RFID-Tags an den Bauteilen, kurz für Radio Frequency Identification, können die Prozesssicherheit und die Effizienz deutlich erhöhen«, sagt Marc Kujath, Wissenschaftler am IFF. »Dies haben wir sowohl durch Machbarkeitsstudien als auch durch Funktests belegt, die wir gemeinsam mit Mercedes-Benz Vans im Werk Ludwigsfelde bei Berlin durchgeführt haben.« Solche RFID-Systeme bestehen zum einen aus dem RFID-Tag am Bauteil sowie einem Scanner, der die Informationen berührungslos ausliest. In einem ersten Schritt haben die Forscher untersucht, welche der zahlreichen Bauteile eines Fahrzeugs am besten geeignet sind – und bis zu 40 Teile identifiziert. Für die weiteren Entwicklungen haben sich die Experten zunächst einmal auf Spiegel und Sitze fokussiert.

Automatische Überprüfung während der Montage

Die RFID-Tags werden dabei an jedem einzelnen sicherheitskritischen Bauteil angebracht – also etwa den einzelnen Spiegeln. Auf den Tags ist eine Seriennummer gespeichert, ähnlich wie beim Barcode auch. Die großen Unterschiede: Während beim Barcode lediglich die Information hinterlegt ist, um welchen Spiegeltyp es sich handelt, liefert die Nummer des RFID-Tags zahlreiche Informationen, etwa in welches Fahrzeug der Spiegel eingebaut werden soll. Während die Barcodes einer nach dem anderen manuell mit einem Handscanner ausgelesen werden müssen, lassen sich die RFID-Tags über einen Scanner alle gleichzeitig automatisiert und berührungslos erfassen – und zwar auch noch dann, wenn die Teile bereits verbaut sind. Das heißt: Über die RFID-Tags lassen sich die Informationen jederzeit in Sekundenschnelle abrufen. Für die Produktion ist dies ein entscheidender Vorteil. So kann etwa bei der Montage von Vorder- oder Hinterachse zwischendurch bereits überprüft werden, ob alle benötigten Bauteile verbaut sind. Bisher wurde dies erst in der Endkontrolle erfasst – von Mitarbeitern per Sichtkontrolle und Papierliste. »Über die RFID-Tags können wir die Transparenz erhöhen«, erläutert Kujath.

Von der Technologie über das Betriebskonzept bis hin zur Systemintegration

Die Forscher vom IFF haben sich dabei sowohl um die Technologie gekümmert als auch um das Betriebskonzept. »Dazu waren mehrere Schritte nötig, die wir gemeinsam mit unserem Partner Mercedes-Benz Vans angegangen sind. So haben wir beispielsweise die blinden Flecken in der Produktionsplanung reduziert. Das heißt: Die Projektleiter wissen nun, wo die Tücken des Prozesses liegen – und können zur richtigen Zeit die richtigen Fragen stellen. Zudem haben wir die verschiedenen Rollen durchdacht, schließlich braucht der Projektleiter andere Informationen als der Techniker«, ergänzt Kujath. In einem weiteren Schritt sollen nun Serientests bei Daimler folgen.

Externer Link: www.fraunhofer.de

Maschinen über die eigene Handfläche steuern: Nachwuchspreis für Medieninformatik-Student

Pressemitteilung der Universität des Saarlandes vom 24.11.2017

Wie kann man eine Maschine in einer Virtual-Reality-Anwendung ganz ohne Tastatur und Bediengeräte präzise steuern? Für diese Frage fand Dominic Gottwalles in seiner Masterarbeit im Fach Medieninformatik an der Saar-Uni eine überzeugende Lösung. In Zusammenarbeit mit dem Unternehmen Centigrade GmbH entwickelte er eine virtuelle Industrieumgebung, in der Probanden eine Maschine virtuell über die eigene Handfläche steuerten. Für seine Masterarbeit erhielt Dominic Gottwalles jetzt den Nachwuchspreis „Digitalisierung im Maschinenbau“ vom Verband Deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA).

In der Industrie sind zunehmend innovative Technologien gefragt, die auf virtuellen Anwendungen beruhen – beispielsweise, um Maschinen zu steuern oder zu warten. Eine zentrale industrielle Anwendung von Virtual Reality hat Dominic Gottwalles als  Medieninformatik-Student bei Informatik-Professor Antonio Krüger an der Universität des Saarlandes untersucht: „Bei der Konfiguration von Maschinen ist die Eingabe numerischer Werte essentiell. In meiner Masterarbeit wollte ich daher untersuchen, welche Möglichkeiten es gibt, Zahlenwerte in einer virtuellen Umgebung einzugeben.“ Daraus resultierte ein Konzept, das die Eingabe alleine mit den Händen des Benutzers ermöglicht. Das sei wichtig, um die Anwender nicht mit zusätzlichen Steuergeräten zu belasten, erklärt der Master-Absolvent, der seine Abschlussarbeit in Kooperation mit der Firma Centigrade GmbH angefertigt hat, die ihren Hauptsitz in Saarbrücken hat.

Mithilfe des Unternehmens setzte Gottwalles das von ihm ersonnene Konzept in einen Prototypen um: Als Test-Szenario entwarf er eine virtuelle Industriehalle mit Produktionsband, das aus mehreren Stationen bestand. An jeder Station mussten Probanden die Produktion durch die Eingabe von Zahlenwerten steuern. Dabei konnten sie über eine Brille eine virtuelle Repräsentation ihrer Hand mit abgebildetem Ziffernblock sehen und die entsprechenden Tasten durch Berührung der Handfläche auslösen. „Auf diese Weise ließen sich unter anderem die Benutzerfreundlichkeit und Leistungsfähigkeit des Prototypen beurteilen“, resümiert Dominic Gottwalles. Die Ergebnisse zeigten, dass es Sinn mache, die Steuerung über die Handfläche für industrielle Anwendungen weiterhin zu erforschen und zu erproben.

Seine Ergebnisse überzeugten nicht nur die VDMA-Jury, sondern auch das Unternehmen Centigrade GmbH. Am Standort München der Firma arbeitet Dominic Gottwalles inzwischen als Softwareentwickler bei der Entwicklung moderner Benutzeroberflächen in zahlreichen Kundenprojekten mit.

Der VDMA-Fachverband Software und Digitalisierung hatte den Preis erstmals ausgeschrieben, um „herausragende Abschlussarbeiten“ auszuzeichnen und die digitale Transformation im Maschinenbau zu fördern. Von Mai bis September konnten Professoren Studenten aus den Fachbereichen Informatik und Ingenieurswesen vorschlagen. Insgesamt 26 Absolventen von 21 deutschen Hochschulstandorten wurden auf diese Weise nominiert. In der Kategorie „Masterarbeit“ erhielt Dominic Gottwalles den ersten Preis, Lars Kistner von der Universität Kassel wurde für seine Bachelorarbeit prämiert.

Externer Link: www.uni-saarland.de