Pictures of the Future Herbst 2006
Bildverarbeitung – Fakten und Prognosen
Bildverarbeitung im Aufwärtstrend
Die Einsatzgebiete der maschinellen Bildverarbeitung reichen schon heute von industriellen Anwendungen über die Medizintechnik bis zur Automobilbranche und Sicherheitstechnik. Branchenexperten sind sich dennoch einig, dass erst etwa 20 % der möglichen Anwendungen erschlossen sind. Das derzeitige Marktvolumen für Systeme der "Machine Vision" beträgt nach Schätzungen verschiedener Hersteller weltweit etwa 6,5 Mrd. € mit bis zu zweistelligen Wachstumsraten pro Jahr.
In der Industrie dienen diese Systeme in fast allen Branchen zur Qualitätskontrolle. Mit ihrer Hilfe werden Leiterplatten von Handys ebenso inspiziert wie Displays oder Oberflächen von Getriebeteilen. Zudem dient die Bildverarbeitung auch der Messtechnik – zum Erkennen von Teilen, Schriftzeichen und Codes oder für visuell geführte Maschinen: Mit Kameras können Roboter etwa die Form und Lage von Werkstücken erkennen.
In Deutschland wächst die industrielle Bildverarbeitung seit Jahren schneller als andere Sektoren der Automatisierungstechnik. Eine im Juli 2006 veröffentlichte Studie des Verbands deutscher Maschinen- und Anlagenbau (VDMA) zeigt, dass der Umsatz 2005 mit einem Wachstum von 7 % die 1-Milliarde-Euro-Grenze überschritten hat. "Für 2006 erwarten wir sogar 9 % Wachstum, wobei die stärksten Impulse vom Export kommen", prognostiziert VDMA-Experte Patrick Schwarzkopf. 2005 entfielen etwa 70 % des Komponentenumsatzes auf Kameras und Smart Cameras. Bei letzteren ist die Systemfunktionalität, also Bildsensor, Prozessor und Beleuchtung, in ein kompaktes Gehäuse integriert. Von 2004 auf 2005 verzeichneten sie einen Zuwachs von 23 %. Der Anteil von Frame Grabbern sank dagegen von 15 auf 13 %: Dazu gehören PC-Einsteckkarten zur Digitalisierung, Speicherung und Wiedergabe der Bildsignale. Diese Entwicklung ist auf den verstärkten Einsatz digitaler Kameras zurückzuführen, die ohne Frame Grabber, etwa über USB, direkt ins Bildverarbeitungssystem integriert werden.
Gemäß einer Studie von Frost & Sullivan (F&S) von 2005 werden zunehmend Gigabit-Ethernet-Kameras auf den Markt kommen, mit denen hochaufgelöste Bilder von der Kamera zum Computer über eine Entfernung von einigen hundert Metern gesendet werden können. Ferner sollen bis 2007 zudem 3D-Sehhilfen für Roboter erhältlich sein sowie Systeme zur Inspektion von Halbleiterkomponenten mit einer Genauigkeit von 4,5 µm. Ab 2010 sollen Smart Cameras mit Neuronalen Netzen in der Lage sein, Objekte in zahlreiche Klassen einzuteilen – was für die automatische Sortierung wichtig ist.
Auch in Krankenhäusern spielt die Bildverarbeitung eine entscheidende Rolle. Die wichtigste Entwicklung ist hier nach den F&S-Marktforschern das digitale Bildarchiv (PACS). Damit lassen sich medizinische Bilder bearbeiten, archivieren und verwalten. PACS ist in der Radiologie inzwischen Standard. Bis 2010 prognostizieren die Analysten einen Umsatz in Europa von 1,47 Mrd. US?$ – 2003 waren es 0,47 Milliarden. Ein wichtiger Wachstumsmotor sind die Kosten, die jährlich um etwa 10 % fallen. Ein weiterer Trend ist die Kombination zweier bildgebender Verfahren in einem Gerät, etwa räumlich hochaufgelöste Bilder aus der Computertomographie mit Verfahren der nuklearmedizinischen Diagnostik, die biochemische Prozesse sichtbar machen.
Auch in der Automobilindustrie wird die Bildverarbeitung für Fahrerassistenzsysteme immer wichtiger (siehe Pictures of the Future, Herbst 2005, Fahrerassistenz). Hier gibt es nicht nur Laser-, Radar- und Ultraschallsensoren, sondern auch Kameras, die Fahrzeuge, Fahrspuren, Verkehrszeichen oder Fußgänger schneller erfassen können als das menschliche Auge. Nach einer F&S-Analyse aus dem Jahr 2006 werden von allen Kfz-Sensoren die Kameras in den nächsten Jahren das höchste Umsatzwachstum aufweisen, etwa in videogestützten Systemen zur Erfassung des Fahrbahnverlaufs, die warnen, wenn das Auto die vorgeschriebene Spur verlässt, oder in Assistenzsystemen zum Einparken.
500 000 Kameras in London. In der Sicherheitstechnik boomt der Markt für Videoüberwachung. Nach einer F&S-Studie soll er bis 2008 weltweit etwa 11 Mrde. US-$ betragen. Den größten Anteil mit 44 % hat hierbei Nordamerika, in Europa sind vor allem die Briten Vorreiter. So schätzen die Verfasser der EU-Studie UrbanEye aus dem Jahr 2004 ( www.urbaneye.net), dass in Großbritannien über vier Millionen private und öffentliche Überwachungskameras existieren. Damit ist das Vereinigte Königreich das am stärksten videoüberwachte Land Europas. Allein in der Londoner U-Bahn gibt es 6 000 Kameras – in der ganzen Stadt sollen es derzeit eine halbe Million sein. In einigen Straßen hängen die Kameras alle 15 m. Datenschützer haben errechnet, dass Einwohner Londons bis zu 300-mal am Tag von einer Überwachungskamera gefilmt werden – den meisten Londonern sind die unbestrittenen Erfolge bei der Aufklärung von Verbrechen jedoch wichtiger als die möglichen negativen Aspekte der Überwachung: In der UrbanEye-Umfrage befürworteten 90 % der Einwohner Londons Kameras an öffentlichen Orten (gegenüber 25 % in Wien). Auch in New York vermehren sich die Kameras rasant: So gibt es in Manhattan bereits 9 000 Überwachungskameras an öffentlichen Plätzen – etwa vier pro Häuserblock.
Bisher verwendete man meist Kameras, die an Bildschirme angeschlossen sind und bei Bedarf Geschehnisse auf Videoband aufzeichnen (CCTV, Closed Circuit Television). Inzwischen gibt es auch immer mehr digitale Kameras, die die Daten an Computer übermitteln. Dabei teilen sich vier bis acht Kameras eine Prozessor-Einheit (CPU), doch schon in zwei bis drei Jahren werden viele Kameras ihre eigene CPU haben. Das klassische Videoband wird überflüssig. Dank intelligenter Software können die modernsten Smart Cameras sogar auffälliges Verhalten anhand eines Datenabgleichs von Bewegungsmustern erkennen und Alarm auslösen ( Videoüberwachung).
Bis 2008 werden Videokameras zunehmend auch mit Lösungen zur Zugangskontrolle kombiniert. Das steigert wiederum die Nachfrage nach biometrischen Systemen, vor allem auf Basis der Gesichtserkennung. Die Marktforscher sehen künftig auch vor allem den Trend zu durchgehend digitalen Lösungen auf Basis des Internet-Protokolls. Jede Überwachungskamera wird dann praktisch eine Webcam. Zudem könnte das Sicherheitspersonal künftig auch verstärkt auf Mobiltelefone zurückgreifen, um Aktionen verdächtiger Personen aufzuzeichnen, zu übertragen und vom Computer auswerten zu lassen, ob am Flughafen, an Bahnhöfen oder im Fußballstadion.
Sylvia Trage