3D-Umfeldüberwachung per Snapshot: bestes Sehvermögen für mobile Landmaschinen

Drei Technologien im Portfolio garantieren optimale Applikationslösungen aus einer Hand

Anzeige

Ein wichtiger Aspekt von Farming 4.0 – der Digitalisierung der Landwirtschaft – besteht darin, mobile Landmaschinen und Ernteroboter mit visuellem Wahrnehmungsvermögen auszustatten. Die Visionary-Snapshot-Kameras zur 3D-Umfeldüberwachung von SICK ermöglichen als sensortechnische Sinnesorgane, beispielsweise Mähdrescher entlang von Mähkanten zu navigieren, Roboter nur wirklich reife Früchte pflücken zu lassen oder präzise das Erntevolumen in Überladewagen, Mieten, Lagern und Silos zu bestimmen. Nicht nur „visionär“, sondern auch verfügbar: SICK präsentiert das Visionary-Portfolio auf der Agritechnica in Hannover 2019 (Halle 15, Stand H36).

Treiber für den Einsatz von Technologien zur Umfeldüberwachung in der mobilen Landmaschinentechnik ist zum einen der Wunsch nach aktiver Fahrerassistenz, um Kollisionen und Sachschäden zu vermeiden. Zum anderen sind solche Sensoren wertvolle Datenlieferanten für vollautonome Arbeitsprozesse, wie sie zunehmend in IoT-Anwendungsszenarien des Precision Farming – des Präzisionsackerbaus – umgesetzt werden. Schließlich sind Sensoren in Landmaschinen nichts Ungewöhnliches mehr: mit etwa 90 Sensoren haben Mähdrescher und andere große Landmaschinen oftmals mehr elektronische Geber an Bord als Autos1.

Für Anwender und OEM: technologieneutrale Produktauswahl für optimale Applikationslösungen

Kollisionsvermeidung beim Wenden, Rangieren und Rückwärtsfahren, Navigation autonomer Landmaschinen bei der Feldbearbeitung und im Ernteeinsatz, Reifegraderkennung und Griffsicherheit für Ernteroboter, gezielter Pestizideinsatz durch visuelle Unterscheidung von Nutzpflanzen und Unkraut, Füllstandkontrolle an Überladewagen oder die Erntevolumenbestimmung in Mieten, Lagern und Silos sind häufige und zugleich unterschiedliche Applikationen. Sie stellen jeweils besondere Anforderungen an Sensoren zur 3D-Umfeldüberwachung. Das Portfolio der 3D-Snapshot-Kameras von SICK mit dem sehr robusten Visionary-B, dem im Nahbereich hochpräzisen Visionary-S und dem Visionary-T für genaue Daten, auch bei weiteren Entfernungen, bietet den besonderen Vorteil, alle derzeit bekannten, detektierenden und messenden Applikationen mit mobilen Landmaschinen und Ernterobotern durch ein einziges Portfolio lösen zu können. Eine technologieneutrale, technisch und wirtschaftlich optimale Applikationsberatung ermöglicht einen direkten Vergleich dieser drei unterschiedlichen 3D-Snapshot-Technologien und gewährleistet so, dass immer das für die Kundenapplikation am besten geeignete Visionary-Produkt zum Einsatz kommt. Plug-and-Play-Lösungen für die Erstausrüstung oder das Retrofit mobiler Maschinen stehen ebenso zur Verfügung wie Varianten für Integratoren und Softwarespezialisten, die die Rohdaten der Visionary-Produkte in eigene Softwarelösungen übernehmen.

Visionary-B: robuste Lösung mit großem Blickfeld

Das 3D-Fahrerassistenzsystem Visionary-B ist speziell für den Einsatz in sehr rauen Außenbereichen konzipiert. Je nach Produktvariante besteht das Kit mindestens aus einem Stereo-Sensorkopf in Schutzart IP69k, einer Auswerteeinheit sowie einem Monitor zur Montage in der Fahrerkabine. Per Stereovision nehmen zwei synchronisierte Kameras im Erfassungswinkel von 125° x 75° aus leicht verschiedenen Blickwinkeln Bilder auf und erzeugen aus dem Offset durch Triangulation ein 3D-Bild der Umgebung. Der Arbeitsabstand beträgt bis zu sieben Meter in reinen Detektionsanwendungen und bis zu 15 Meter in messenden Applikationen mit 3D-Rohdatenausgabe. Visionary-B zeigt erkannte Objekte auf dem Monitor in der Fahrerkabine an und gibt – entsprechend ihrer Kollisionsrelevanz für das konkrete Arbeitsumfeld – eine Alarmmeldung aus. Wird Visionary-B direkt in ein komplexes Sensor- und Visualisierungssystem auf einem Fahrzeug integriert oder werden zuverlässige Rohdaten benötigt, können Hindernisse und Warnungen auch auf einem zentralen Fahrzeugterminal verarbeitet und dargestellt werden.

Visionary-S: hohe Präzision im Nahbereich mit gleichzeitiger Farbwahrnehmung in allen Lichtsituationen

Auch der 3D-Umfeldüberwachungssensor Visionary-S bedient sich der Stereovision – allerdings unterstützt durch eine aktive, strukturierte Beleuchtung. Die Kamera vereint hohe Präzision mit besonderer Performance: in submillimetergenauer Auflösung liefert sie pro Sekunde bis zu 30 Bilder – und diese zudem in Farbe. Darüber hinaus kann der Visionary-S Distanzinformationen als Tiefenwerte bis 40 klx ausgeben – und sie dank der integrierten Lichtquelle bei absoluter Dunkelheit ebenso zuverlässig erfassen wie in hellen Lichtumgebungen. Die hohe Aufnahmegeschwindigkeit der 3D-Kamera garantiert hierbei eine hohe Effizienz auch bei zeitkritischen Anwendungen. Applikationen beispielsweise für Ernteroboter, Obst- und Weinbautraktoren, Pflanzenspritzen oder mobile Sortieranlagen können im Gerät programmiert und unabhängig von einer Fahrzeugsteuerung ausgeführt werden.

Visionary-T: Time-of-Flight-Messung liefert hochgenaue Abstands- und Größeninformationen in Long-Range-Applikationen

Der 3D-Umfeldsensor Visionary-T erzeugt seine 3D-Daten nicht durch optische Triangulation, sondern durch 3D-Lichtlaufzeitmessung (Time-of-Flight, 3DToF) – über Entfernungen von bis zu 60 Metern. Aufgrund der integrierten, aktiven Beleuchtung der Umgebung kann die Kamera – wie auch der Visionary-S – in dunklen Umgebungen benutzt werden. Durch seine Vielseitigkeit eignet sich der Visionary-T je nach Anforderung sowohl als Datenlieferant für Navigationsanwendungen bei autonomen Land- und Erntemaschinen als auch bei der robotergestützten Verarbeitung und Lagerung landwirtschaftlicher Erzeugnisse. Als Lösungsplattform im Sinne von edge computing für Farming 4.0-Applikationen bieten zum Beispiel die konfigurierbaren Versionen Visionary-T DT oder Visionary-T AP zudem die Möglichkeit, die gemessenen Tiefeninformationen in der Kamera auszuwerten und die ermittelten Detektionsergebnisse direkt als digitale Schaltsignale beispielsweise an eine Fahrzeugsteuerung auszugeben.

3D-Snapshot: Technologie für das visuelle Wahrnehmungsvermögen von mobilen Maschinen

3D-Snapshot, wie sie in den beschriebenen 3D-Umfeldüberwachungssensoren Visionary-B, Visionary-S und Visionary-T zum Einsatz kommt, bezeichnet ein Bildaufnahmeverfahren, bei dem Kameras in einem einzigen Moment nicht nur ein komplettes Abbild ihres Sichtbereichs aufnehmen, sondern auch Tiefenwerte, das heißt die Distanz zwischen Kamera und aufgenommenen Objekten, bestimmen. Die größten Vorteile dieses Verfahrens sind unter anderem die vollständige und scharfe Darstellung bewegter Objekte durch die hohe Aufnahmegeschwindigkeit und die um ein Vielfaches höhere 3D-Bildauflösung, die bei Bedarf die Grundlage für eine präzise Objektklassifizierung bildet. Ein für den Einsatz auf mobilen Land- und Erntemaschinen sowie Ernterobotern besonders wichtiger Vorteil ist – bedingt durch das Fehlen bewegter mechanischer Sensorkomponenten – die hohe Robustheit der Visionary-Sensoren. Dadurch erreichen sie lange, unterbrechungsfreie Standzeiten im Einsatz und ermöglichen so eine hohe Verfügbarkeit und Produktivität der Agrarmaschinen.

Ob Stereovision ohne eigene Lichtquelle, Stereovision unterstützt durch eine integrierte Strukturbeleuchtung oder Lichtlaufzeitmessung – jede der drei unterschiedlichen Aufnahmetechnologien der 3D-Snapshot-Kameras hat ihre Stärken in unterschiedlichen Anwendungsfällen – und bildet damit eine wichtige Säule zur verlässlichen dreidimensionalen Umfelderkennung in der mobilen Automation.