Perfekt geröstet und genau gezählt

Mit neuen Systemen multispektraler Kameras haben Ilmenauer Wissenschaftler in den letzten fünf Jahren digitale Bildverarbeitungstechnologien vorangebracht. Jetzt arbeiten sie gemeinsam mit Unternehmen an den Anwendungen.

„Es war toll, kontinuierlich an einem Thema arbeiten zu können und es von den Grundlagen bis zur Applikation voranzutreiben“, resümiert der Stiftungsprofessor und Leiter der InnoProfile-Transfer-Initiative „QUALIMESS NextGeneration“ Gunther Notni. „Das gab es in den 30 Jahren, in denen ich geforscht habe, so noch nicht.“ Vier regionale Unternehmen haben seine Professur gestiftet. Nach dem Abschluss des Projekts ist Notni nun zum regulären Professor an der Technischen Universität Ilmenau berufen und seine Stelle damit verstetigt worden.

Ein toller Erfolg, dessen Fundament mit QUALIMESS gelegt wurde. Gleichzeitig haben die Bildverarbeiter in den letzten fünf Jahren intensive Kontakte zu Anwendern aufgebaut. Dazu gehören Unternehmen der Medizintechnik und Forstwirtschaft oder auch Betriebe, in denen die Qualität der Produkte während der Herstellung überprüft werden soll. So kooperieren die Ilmenauer zum Beispiel mit einer Berliner Kaffeerösterei. „Wir haben herausgefunden, welche Spektralbereiche interessant sind, um den Röstgrad der Bohnen exakt festzustellen“, sagt Forschungsgruppenleiter Maik Rosenberger. „Auf dieser Basis können wir jetzt ein angepasstes Messsystem entwickeln.“ Mit einem speziellen Sensor soll der Röstgrad der Bohnen dann während der Röstung gemessen werden. Die Firma kann auf diese Weise Kaffee mit speziellen Aromen produzieren.

Äste zählen und Bäume schützen

Multispektrale Werkbank

Nicht nur Gummibärchen: Diese multispektrale Werkbank mit drei Sensoren kann Bilder im Spektralbereich von 400 bis 1.700 Nanometern aufnehmen und so Materialien erkennen.

PRpetuum GmbH

Mithilfe der Multispektralbildverarbeitung sind die Ilmenauer auch in der Lage, Mengen unterschiedlicher Gehölze, wie Äste oder Baumstämme, zu messen. Dafür koppeln sie Echtzeit-3D-Aufnahmen mit einem Multispektralsensor. Auf diese Weise können Forstwirtschaftsbetriebe das Volumen der gesamten Biomasse und den Rohholzertrag eines Waldes errechnen. An diesem Anwendungsprojekt arbeiten sie momentan mit der Stifterfirma Vision und Control GmbH Suhl. Die Technik ist auch für das akute Borkenkäferproblem interessant, denn damit kann der Grad des Befalls frühzeitig erkannt werden. Die Ilmenauer haben dafür eine Kooperation mit der Fachhochschule Erfurt gestartet. Außerdem halten sie es für möglich, ein spezielles Bildverarbeitungssystem für den Pflanzenschutz einzusetzen. Damit können viele Pflanzen gescannt und auf Krankheiten untersucht werden. Das geht schneller und ist effizienter, als jede Pflanze einzeln zu untersuchen. „Multispektralkamerasysteme könnten auch für autonome Fahrzeuge interessant sein“, ergänzt Gunther Notni. „Mit der Fähigkeit, Materialien zu unterscheiden, zum Beispiel ob eine Laterne aus Beton oder Kunststoff ist, würden sie mehr Sicherheit gewährleisten.“ Dafür müssen die Daten in Echtzeit verarbeitet werden. Mit speziellen Systemen erreichen die Ilmenauer bereits Verarbeitungszeiten von wenigen Millisekunden.

Identifizieren und reagieren

Kamarasystem und Laptop

Mengen erkennen: Indem die Ilmenauer Echtzeit-3D-Aufnahmen mit einem Multispektralsensor koppeln, können sie beispielsweise Biomasse im Wald genau messen.

PRpetuum GmbH

Um unterschiedliche Materialien zu identifizieren, haben die Forscher außerdem eine multispektrale Werkbank mit drei Sensoren für verschiedene Spektralbereiche aufgebaut. Die Technologie ist zwar sehr innovativ, aber auch kostspielig. Eine günstige Alternative dazu ist der Einsatz einer Polarisationskamera. „Das ist beispielsweise für die Glasherstellung interessant“, sagt Maik Rosenberger. „Wenn im Inneren Spannung herrscht, wird der Grad der Polarisation verändert und das können wir mit unserer Methode sehen.“ Knicke und Risse, die mit bloßem Auge nicht sichtbar sind, werden so gefunden und das Glas aussortiert, bevor es zerspringen kann. Für die Produktion von Flaschen- oder Fensterglas ist das von essentieller Bedeutung. Es gibt diverse Anwendungsmöglichkeiten für die Entwicklungen des QUALIMESS-Teams. Deshalb wollen die Wissenschaftler ihre Unternehmenskooperationen weiter ausbauen und gemeinsam an Applikationen arbeiten.