Der Markt für Bildverarbeitung ist hoch dynamisch. Wer wie das US-amerikanische Unternehmen Imperx Digitalkameras und Framegrabber entwickelt und produziert und als Global Player in diesem Markt unterwegs ist, muss ­frühzeitig neue Entwicklungen und Trends erkennen.

inspect: Eine moderne Industriekamera ist kein monolithischer Block. Sie besteht aus Komponenten, die selbst technischen Weiterentwicklungen unterliegen. Welche Komponenten sind hier für Kameraentwickler von besonderem Interesse?
P. Dinev: Moderne Industriekameras werden täglich verbessert. Die Anwendungen und die Kunden werden anspruchsvoller und jeder hält Ausschau nach mehr Pixeln, einer höheren Geschwindigkeit und besserer Datenverarbeitung in der Kamera. Ich glaube daher, dass alle Kameraentwickler derzeit versuchen, all diese Parameter zu verbessern und die neuesten Komponenten in ihre Produkte einzubauen. Die drei genannten Parameter sind miteinander verbunden und verzeichnen alle eine kontinuierliche Verbesserung. Moderne Kameras werden nicht ohne die kombinierten technologischen Fortschritte aller drei Parameter bestehen können. Es ist nur ein paar Jahre her, als der größte im Handel erhältliche CCD- oder CMOS-Sensor lediglich 16 Megapixel aufwies. Jetzt bieten wir gerade 29 Megapixel-Kameras an und selbst dies ist für die anspruchsvollsten Anwendungen (Luftfahrt, TFT usw.) nicht ausreichend.
Unsere Kunden fragen bei uns nach Kameras mit mehr als 50 Megapixeln. Ich bin mir sicher, dass in einigen Jahren Kameras mit mehr als 80 Megapixeln üblich sein werden. Das gleiche geschieht mit der internen Datenverarbeitungsleistung der Kamera. Vor einigen Jahren galt es als „Stand der Technik", ein 1-Millionen-Gate-FPGA (Field Programmable Gate Array) in die Kamera zu setzen, jetzt verwenden die meisten Kameras 3- oder 4-Millionen-Gate-FPGA. Ich bin fest davon überzeugt, dass die schnelle Weiterentwicklung der FPGA-Technologie eine große Rolle bei den Fortschritten moderner Industriekameras spielt. Sie ermöglicht eine höhere interne Datenverarbeitung, entlastet somit den Computer von einigen Bildverarbeitungsfunktionen und belässt sie in der Kamera. Die Ankopplung von Multi-Megapixel-Bildsensoren wird ohne ein modernes FPGA nicht möglich sein. Letztendlich nützt es nichts, Megapixel und Datenverarbeitungsleistung zu haben, wenn Sie die Daten nicht übertragen können. Es ist erst 10 Jahre her, dass die meisten Kameras analog waren und eine VGA-Auflösung boten. Heutzutage sind Multi-Megapixel-Kameras mit einer 24 Gb/s Ausgangsschnittstelle üblich. Die Datenübermittlung mit 1 Gb/s (unter Einsatz von GigE) oder 6 Gb/s (bei Verwendung von CoaXPress) über 100 m ist nun der „de-facto"-Standard.

inspect: CCD, CMOS, Global Shutter, Rolling Shutter, PoE, GigE, Camera Link, CoaXPress, USB3 Vision, C-Mount, S-mount etc.: Welche „Navigationshilfe" verwendet Imperx, um im System der Standards die richtigen Weichen für die Kameraentwicklung zu stellen?
P. Dinev: Es gibt viele Standards und es ist für uns als Unternehmen nicht praktikabel, Produkte anzubieten, die alle Standards unterstützen. Wenn wir unsere neuen Kameras entwickeln, konzentrieren wir uns auf das, was unsere Kunden benötigen. Wir haben eine etablierte Basis an bestehenden Vertriebspartnern und Kunden und wir hören ihnen zu, wenn wir Spezifikationen für neue Produkte besprechen. Wir folgen ebenfalls den Markttrends und versuchen, bei unserer Produktentwicklung proaktiv zu sein. Es ist auch sehr wichtig zu berücksichtigen, dass die tatsächliche Anwendung darüber entscheidet, welcher Standard zum Einsatz kommen wird. Einige Anwendungen können mehreren Standards gerecht werden, während andere dies nicht können. Wir versuchen stets, unsere Kunden dahingehend zu beraten, dass sie den für ihre Anwendung am besten geeigneten Standard wählen.
Von Anfang an hat Imperx ausschließlich CCD-basierte Kameras entwickelt, aber wir sehen eine steigende Nachfrage nach schnellen Multi-Megapixel-Kameras und wir reagieren derzeit auf die Nachfrage. Auf der Vision 2014 werden wir unsere erste 12 Megapixel CMOS-basierte Kamera mit einem Global Shutter vorstellen. Was die Standards betrifft, unterstützen wir zum einen viele optische Formate und unsere Kameras weisen aktuell die Standards Camera­ Link, PoCL, GigE mit oder ohne PoE und CoaXPress auf. Als zukünftige Trends sehen wir ein wachsendes Interesse an GigE Vision und USB 3.0 Vision sowie ein stagnierendes oder leicht sinkendes Interesse an Camera Link. Die größte Überraschung für uns ist die sehr langsame Umsetzung von CoaXPress. Vom technischen Standpunkt aus betrachtet, ist dieser Standard perfekt: Er hat eine große Kabelreichweite von ungefähr 100 m, eine sehr hohe Bandbreite von bis zu 24 Gb/s, befördert 15 W an Leistung und schafft es, Daten und Steuerungen über ein einziges Kabel zu befördern. Und auch der Preis des Kabels ist deutlich niedriger im Vergleich zu einigen anderen Standards.

inspect: Kameras sind heute auch intelligent. Embedded Technologien und FPGA-Programmierung machen das möglich. Welche Zukunftschancen haben da noch „dumme" Standardkameras?
P. Dinev: Es ist sehr schwierig, sich eine moderne Kamera vorzustellen, die keine leistungsfähige FPGA-Engine aufweist. Der Fortschritt gerade in der FPGA-Technologie macht es möglich, jede ­Standardkamera in eine eigenständige, technisch ausgereifte Bildverarbeitungsmaschine zu verwandeln. Ein Kameraentwickler kann nun ein FGPA mit geringer Leistungsaufnahme und geringem Platzbedarf (basierend auf 14-nm-Technologie), das mehrere eingebaute ARM-Prozessoren aufweist, integrieren und hat damit eine Rechenleistung zur Verfügung, die viel größer als die eines PC-Computers auf Basis eines 486 ist. Imperx bietet derzeit solche Optionen in allen Kameras an. Mit unserer Benutzer-programmierbarer Board Option kann der Kunde seine Bildverarbeitungsalgorithmen direkt in die Kamera integrieren und damit fast jede Herausforderung zur Bildherstellung angehen.
Aber nicht alle Kameras müssen so gestaltet sein. Eine solches ausgereiftes Gerät zu haben, erfordert ein erweitertes Wissen, das nicht ohne Weiteres zur Verfügung steht. Außerdem benötigen nicht alle Anwendungen solch teure und fortschrittliche Lösungen. Aus diesem Grund sind derzeit und werden wahrscheinlich auch in den nächsten paar Jahren die meisten Kameras zur industriellen Bildverarbeitung herkömmliche sein. Bei weiterem Fortschritt der ­embedded sowie FPGA-Technologien werden die Smart Kameras weniger „herausfordernd" für den durchschnittlichen Nutzer sein und nach und nach die herkömmlichen Kameras ersetzen.

inspect: Wie würden Sie, z. B. anhand des Kameraprogramms von Imperx, den Bereich „Standard" und „High-end" gegeneinander abgrenzen?
P. Dinev: Es gibt mehrere Kriterien, nach denen „Standard"- sowie „High-end"-Kameras unterschieden werden können. Für die meisten Kunden ist der Preis ein ausschlaggebender Faktor, aber unserer Meinung nach sind andere Parameter wichtiger. Zuverlässigkeit, ein erweiterter Temperaturbereich, hohe Schlagfestigkeits- sowie Vibrationsparameter, eine umfassende Funktionsvielfalt, Programmierbarkeit und Flexibilität sind erheblich wertvoller, wenn der Nutzer zwischen High- und Low-end-Kameras unterscheidet. Die Anwendung ist der wichtigste Test. Bei der Mehrzahl der Anwendungen ist es sehr schwierig, den Unterschied zwischen einer „Standard"- und einer „High-end"-Kamera zu entdecken. Für die meisten Anwendungen werden viele Kameras als „gut genug" angesehen. Um komplett einschätzen zu können, was eine „High-end"-Kamera anzubieten hat, muss der Nutzer vergleichen, welche Leistung eine „Standard"- und eine „High-end"-Kamera erbringen werden. Bei den Anwendungen wird der Unterschied zwischen der „Standard"- und der „High-end"-Kamera offensichtlich, und bei einigen Anwendungen können „Standard"-Kameras die Aufgabe schlichtweg nicht erledigen!
Unsere Bobcat Kamera-Reihe beispielsweise ist für extrem langzeitigen Einsatz gebaut. Die gesamte Bobcat-Reihe bietet eine MTBF (Mean Time Between Failures) von mehr als 660.000 Stunden bei 40°C, 100 G Vibration und 1.500 G Stoß und einen Betrieb im erweiterten Temperaturbereich von -40°C bis +85°C. Unsere Kameras sind vollständig programmierbar und bieten einen sehr großen Funktionsumfang, der die Anforderungen der anspruchsvollsten Anwendungen erfüllen kann. Viele unserer Kameras sind auf fliegenden Systemplattformen in großer Höhe installiert (unbemannte Luftfahrzeuge, Flugzeuge, Raketen, Satelliten usw.). Mit anderen Worten, unsere Kameras befinden sich in Umgebungen, wo sie unter extremen Temperaturen und Stoß- sowie Vibrationsbedingungen ihre Arbeit verrichten müssen, und wo ein Geräteausfall keine Option ist. Bei solchen Anwendungen zeigen „High-end"-Kameras ihren wahren Wert.

inspect: Die industriellen Anwendungsfelder, in denen modernere Hochleistungskameras als Teil von Bildverarbeitungssystemen installiert werden, werden zahlreicher. Wie ändern sich mit neuen Anwendungen die Anforderungen an die Kameras?
P. Dinev: Die Vielfalt der Anwendungen für die modernen Kamerasysteme wächst tagtäglich. Die Kameras müssen eine höhere Auflösung, einen geringeren Stromverbrauch und eine geringere Baugröße aufweisen, sie müssen schneller sein, genau sein und in der Lage sein, einige der Bildverarbeitungsaufgaben intern auszuführen. Angesichts der Miniaturisierung der alltäglichen Produkte, die wir verwenden - Laptops, Smartphones, Kameras, Tablets usw. -, werden die Anforderungen an die Kameragröße, das Gewicht und die Leistung auf der einen Seite sowie die Auflösung und die Geschwindigkeit auf der anderen Seite äußerst bedeutsam. Die meisten 3D-Inspektionssysteme, die heutzutage verwendet werden, erfordern Multi-Megapixel-Kameras mit 60 fps oder mehr - je mehr, desto besser. Bis vor kurzem konnten lediglich ein paar CMOS-Sensoren dieser Anforderung gerecht werden, nun bietet fast jeder Kamerahersteller solche Kameras an. Angesichts der in der Größe zunehmenden TFT-Displays - nun bis zu 90"-, wird es zu einer Notwendigkeit, eine Kamera mit extrem hoher Auflösung (100 Megapixel oder mehr) und sehr hoher Geschwindigkeit zu haben. Ich glaube, dass wir sehr bald an einen Punkt gelangen werden, an dem die Kameras so viele Informationen produzieren können, dass die Übertragung und Verarbeitung der Daten eine Herausforderung werden wird. In solchen Situationen wird die ­Datenverarbeitung in der Kamera zusammen mit kundenspezifischen Gerätelösungen absolut elementar sein.

inspect: Welche Anwendungsfelder für moderne Kamerasysteme warten noch darauf, intensiver erschlossen zu werden?
P. Dinev: Wahrscheinlich ist das Zusammenspiel zwischen den Kameratechnologien und den Anwendungen noch nie stärker gewesen. Die Notwendigkeit für schnellere und bessere Kameras wird hauptsächlich von den Anwendungen getrieben. Da der Preis eines durchschnittlichen Bilderfassungssystems auf unter 5.000 US-$ fällt, werden immer mehr Systeme in nicht-traditionellen Bereichen integriert werden. Es ist sehr schwierig, alle Anwendungsfelder zu nennen, die unterentwickelt sind und von bilderfassenden Systemen profitieren könnten.
Während einer hochvolumigen Produktion ist ein kontinuierlicher und ununterbrochener Fluss des gesamten Herstellungsprozesses äußerst wichtig. Wir sehen eine potentielle Verbesserung bei der „Ereignisaufzeichnung und Verfahrensüberwachung", wobei ein bilderfassendes System nicht nur verwendet wird, um die Qualität der hergestellten Produkte zu kontrollieren, sondern um ein integraler Bestandteil des gesamten Herstellungsverfahrens zu sein und um das Verfahren selbst zu steuern.

inspect: Vom 4. bis 6. November wird in Stuttgart die Weltleitmesse der Bildverarbeitung, die Vision 2014 stattfinden. Wird dort auch Imperx Produkte und Systemlösungen präsentieren? Welche Bedeutung hat die Vision für Imperx?
P. Dinev: Die Vision ist für Imperx sehr wichtig und wir nehmen ­regelmäßig daran teil. Auf dieser Messe präsentieren wir unsere neuesten Produkte. In diesem Jahr werden wir unsere neue, schnelle CMOS-Kamerareihe zusammen mit den neuesten Erweiterungen unserer charakteristischen Bobcat-Kamerareihe vorstellen. Die ­Vision genießt einen sehr guten Ruf und alle unsere Kunden und Vertriebspartner aus der ganzen Welt nehmen an der Messe teil. Die Vision verschafft uns die Möglichkeit, die neuesten Trends in der Bilderfassungstechnologie zu beobachten, unsere Produkte mit dem Rest des Marktes zu vergleichen, aktuelle Kunden anzutreffen, neue Beziehungen zu zukünftigen Kunden einzugehen und uns mit einzigartigen und vielfältigen Ideen auseinander zu setzen.

inspect: Gilt für die weitere Entwicklung von Industriekameras und deren Verbreitung der Slogan „The sky is the limit", und werden die Imperx ­Produkt-Highlights auf der Vision 2016 dann völlig anders aussehen?
P. Dinev: Imperx glaubt tatsächlich an diese Denkweise: „Der Fantasie sind keine Grenzen gesetzt." Von Anfang an hat das Unternehmen die Grenzen der Technologie immer weiter nach vorne verschoben. Wir waren das erste Unternehmen, das Frame Grabber für Laptops eingeführt hat und wir waren Vorreiter dieser Technologie. Unsere Kunden fordern uns ständig dazu heraus, fortschrittlichere Produkte zu entwickeln und die anspruchsvollsten Anwendungen zu bedienen. Wir entwickeln derzeit verschiedene neue Kamerareihen, welche eine breite Palette von Märkten ansprechen, und werden wirklich stolz darauf sein, diese neuen Produkte auf der Vision 2016 zu präsentieren.