HD-TVI: Das Beste aus zwei Welten

Smarte Assistenzsysteme einfach integrieren

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Bei der Wahl des richtigen Kamerasystems für die Realisierung von Assistenz- und Sicherheitssystemen für mobile Arbeitsmaschinen müssen Maschinenhersteller oft einen unliebsamen Kompromiss eingehen. Entweder analog - robust, wirtschaftlich, dafür mit geringerer Bildqualität – oder digital – weniger robust, teuer, höchste Bildqualität. Die HD-TVI Technologie kombiniert das Beste aus beiden Welten und bietet sich als Basis für Assistenzsysteme mobiler Maschinen an.

Hersteller mobiler Arbeitsmaschinen stehen vor der Herausforderung, dass ihre Kunden einerseits immer mehr Komfort, aber auch Sicherheits- und Assistenzsysteme erwarten. Gerade vor dem Hintergrund, dass es immer weniger gelernte Maschinenführer gibt, braucht es Systeme, die unerfahrenes Personal in der Bau- und Landwirtschaft oder auch in der Lagerlogistik beim Betrieb der Fahrzeuge und Maschinen unterstützt und entlastet. In mobilen Arbeitsmaschinen übernehmen solche Assistenzsysteme darüber hinaus die Überwachung des Arbeitsprozesses.

In diesen Anwendungen spielt der Sicherheitsaspekt für die im Umfeld der Maschine befindlichen Personen eine entscheidende Rolle. Die Maschinen sind häufig sehr groß und verfügen über Anbauten, die unter Umständen sehr hohe Kräfte und Masse in Bewegung setzen. Kommt es zu einer Personen-Kollision mit dem Fahrzeug oder dem Anbaugerät kann dies schwere oder sogar tödliche Folgen haben. Assistenzsysteme wie 360-Grad-Kamera- oder Umfeldüberwachungssysteme mit Personen- oder Objekterkennung helfen dabei, diese schwerwiegenden Folgen zu vermeiden. Sie warnen den Maschinenführer frühzeitig, falls sich jemand oder etwas im Gefahrenbereich befindet und erhöhen somit die Sicherheit auf der Baustelle, dem Feld oder der Straße.

Typische Anwendungsszenarien

Eine der typischen Gefahrensituationen entsteht beispielsweise bei Abbiegemanövern. Befindet sich ein kreuzendes Fahrrad mit Vorfahrt im toten Winkel einer Großmaschine auf dem Weg zum Einsatzort, kann es schnell gefährlich werden. Hier helfen 360-Grad-Kamerasysteme, tote Winkel auszumerzen und den Maschinenführer frühzeitig auf potenzielle Gefahrensituationen aufmerksam zu machen.

Ein weiteres Beispiel findet sich in der Lagerlogistik. Durch den Hubmast von Gabelstaplern entstehen zwangsläufig für den Fahrer schlecht einsehbare Blickwinkel. Befindet sich eine Person in diesem Bereich, besteht Kollisionsgefahr, insbesondere da die Zinken des Gabelstaplers in der Regel bis einige Meter vor dem eigentlichen Fahrzeug reichen und die Gefahrensituation somit früher auftreten kann, als sich der Maschinenführer bewusst ist. Personenerkennungssysteme, die den gesamten Bereich vor dem Fahrzeug überwachen, können mit akustischer oder optischer Frühwarnung den Gabelstaplerfahrer vor sich im Weg befindlichen Personen (und Objekten) aufmerksam machen und somit die Unfallgefahr reduzieren.

Lutz Boettger, Vice President fuer Vertrieb und Marketing bei AMETEK ICVS, erläutert: „Potenziell helfen kamerabasierte 360-Grad-Kamera- und Personenerkennungssysteme, Leben zu retten. Ihre Wichtigkeit kann also gar nicht zu hoch eingeschätzt werden. Wenn man es nüchtern und wirtschaftlich betrachtet: Für Maschinenbetreiber reduzieren sich durch die geringere Zahl an Unfällen Haftungsfolgekosten im Schadensfall.“

Die richtige Technologie wählen

Maschinenhersteller stehen bei der Integration dieser kamerabasierten Systeme vor der Herausforderung, auf die richtige Technologie zu setzen. Kamerasysteme gibt es in analoger und digitaler Ausprägung. Analoge Systeme sind bewährt, wirtschaftlich und widerstandsfähig. Sie arbeiten latenzfrei und sind zudem robust gegen elektromagnetische Einflüsse. Weiterhin treten bei analogen Systemen keine Bildartefakte auf. Der Nachteil analoger Kamerasysteme liegt in der maximalen Bildqualität. Analoge Kameras liefern Bildsignale, die unter HD-Qualität liegen, und sind somit für komplexe Systeme, in denen es auf höchste Präzision und Zuverlässigkeit der Erkennung von Hindernissen ankommt, nicht geeignet.

Bei der Bildqualität können digitale Kamerasysteme hingegen punkten. Sie ermöglichen Videosignale in Ultra-HD-/4k-Qualität oder höher. Weiterhin überzeugen sie durch anpassbare Auflösung und Bildwiederhol- oder Kompressionsrate. Mit integrierten Prozessoren können sie Assistenzfunktionen, etwa Objekterkennung und -verfolgung, übernehmen. Digitalsysteme sind zudem via Software aktualisierbar, was sie zukunftssicher und bereit für die Erweiterung um optionale Softwarefunktionalitäten macht. Doch Digitalkameras haben auch Nachteile. Einerseits sind sie durch die zusätzlichen CPU-Komponenten und die aufwändigere Technologie teurer als Analogsysteme. Andererseits können durch die digitale Übertragungstechnologie Latenzen und EMV-Störungen auftreten, die unter Umständen sicherheitsrelevant sein können. Dr. Stefan Wirtz ordnet ein: „Die Wahl der richtigen Kameratechnologie ist bei Umfeldüberwachungssystemen schwierig und immer ein Kompromiss. Bestmögliche Bildqualität in Echtzeit sollte die Basis des Assistenzsystems sein. Eine Lösung können Systeme auf HD-TVI Basis sein.“

Zeit und Kosten sparen

HD-TVI kombiniert die Vorteile analoger und digitaler Kamera- und Übertragungstechnologie. HD-TVI-Kameras nehmen digitale Aufnahmen bis zu FullHD- mit 30 fps auf, konvertieren diese jedoch für die Signalübertragung in ein analoges Signal. Das bedeutet, dass bestehende Analogtechnologie zur kabelgebundenen Übertragung weiterhin verwendet werden kann. HD-TVI Signale können als CVBS (Composite Video Baseband Signal) mit 75 Ohm, also der klassischen analogen Übertragungstechnologie, über Coaxial-Kabel von der Kamera zum Display übertragen werden. Im Vergleich zu volldigitalen Systemen liefern HD-TVI Lösungen somit eine ähnliche Performance bei geringeren Kosten. Darüber hinaus bringt die analoge Übertragung drei elementare Vorteile mit sich:

1. Es besteht kein Potenzial für Latenzen oder Artefaktbildung, wie sie bei digitalen Systemen auftreten können.

2. Gleichzeitig lassen sich mit Koaxialkabeln sehr hohe Distanzen von bis zu 500 m überwinden.

3. Bestehende Kabelbäume auf Koaxial-Basis können weiterhin genutzt werden.

Lediglich die Kamera und das Display müssen durch eine HD-TVI fähige Alternative ausgetauscht werden. Das macht die Integration sehr anwenderfreundlich und reduziert Aufwand in der Ersatzteilhaltung.

HD-TVI Systeme sind eine wirtschaftliche Option für Hersteller mobiler Arbeitsmaschinen, da die Software-basierte Kalibrierung der Kamerasysteme bei Großserienfahrzeugen großes Potenzial bietet, um Zeit in der Inbetriebnahme einzusparen. Maschinenhersteller können die Kalibrierungsparameter anwenderfreundlich via USB-Stick auf die gesamte Flotte laden. Je nach Zahl der Fahrzeuge können Maschinenhersteller somit von sehr hohen Kosteneinsparungen profitieren.

Dank Software-Support lassen sich mit HD-TVI Kameras perspektivoptimierte 3D-Darstellungen bei Verwendung in einem 360-Grad-System realisieren. Das Potenzial für tote Winkel, wie es in 2D-Systemen weiterhin vorhanden ist, wird somit eliminiert.

Zudem kann dank der Software-basierten Höhenkompensation der Systeme Kameramontagepunkte mit unterschiedlichen Höhen ausgeglichen werden. Das macht die Integration nochmals einfacher. Gerade auch in der Nachrüstung bieten sich Vorteile, da die bisherige Kamerainstallation 1:1 ersetzt werden kann und alle notwendigen Anpassungen über die Software getätigt werden können.

Motec Komponenten mit HD-TVI Technologie

Motec bietet Herstellern mobiler Arbeitsmaschinen sowohl 360 Grad Top View Systeme als auch Personenerkennungssysteme auf HD-TVI Basis. Bis zu vier HD-Kameras übertragen Bilder mit 30 fps und lassen sich in einem System verbinden. So sorgen sie für eine umfassende Darstellung auf den kompatiblen HD-TVI-Displays von Motec. Verschiedene Blickwinkel lassen sich individuell kombinieren. Bei Fahrmanövern mit Gefahrenpotenzial schaltet das System automatisch auf die passende Kameraperspektive. Die Berechnung der Algorithmen übernimmt ein leistungsstarker Video-Controller mit HD-TVI Schnittstellen.

Wie alle Motec Komponenten sind Kameras, Displays und Controller für den Einsatz unter widrigsten Umgebungsbedingungen ausgelegt und verfügen sowohl über hohe Schutzklassen bis IP69K sowie einen besonders breiten Betriebstemperaturbereich.