Die Bildverarbeitung im Jahr 2039

Die Zukunft ist von Bildverarbeitung durchdrungen: Sie hat die Beschränkungen der Hardware überwunden, begleitet die Menschen in allen Lebensbereichen und ist Teil vieler Produkte des täglichen Lebens. Kann das alles wahr werden? Dem Denken sind keine Grenzen gesetzt, die Kunst ist es, am Ende Recht zu behalten. Lassen Sie uns basierend auf den aktuellen technologischen Entwicklungen und derzeitigen Forschungsthemen einen Versuch wagen – erleben Sie mit uns einen Tag im Jahr 2039. 

Am Morgen

„Tom, es ist Zeit aufzustehen“, wie jeden Morgen wird Tom von seiner künstlichen Intelligenz EVE (Evolved Vision Entity) geweckt. EVE „wohnt“ in Toms Cloud, ist mit allem um Tom herum verbunden, begleitet und unterstützt ihn den ganzen Tag und weiß alles über ihn: Wie es ihm geht, wie er geschlafen hat, was er gern isst. So erfassen auch an diesem Morgen die integrierten Kameras des als Badspiegel getarnten Monitors Toms Gesicht. EVE stellt fest, dass er noch etwas müde aussieht. Wahrscheinlich ging die Geburtstagsparty gestern doch zu lang. EVE entscheidet sich spontan, Toms Spiegelbild anzupassen. Sie aktiviert den Augmented-Reality-Modus im Badspiegel und entfernt seine Augenringe, bevor er sie überhaupt realisieren kann – Tom zweifelt keinen Moment an seinem Selbstbild. Später unter der Dusche erfassen weitere im Wohnsystem eingebundene Kameras Toms Adern und Muskeln unter der Haut und messen die Körpertemperatur. So massiert der individuell eingestellte Wasserstrahl in richtiger Temperatur und mit optimalem Druck gleich am Morgen jede Faser seines Körpers. Beim Frühstück beißt Tom später etwas misslaunig in seinen Apfel. Sofort erkennt EVE den Zusammenhang und überprüft mit einer Hyperspektralkamera den Reifegrad des Apfels. Der Jonagold wird langsam überreif und EVE ordert online über den Kühlschrank eine neue Lieferung von Toms Lieblingssorte. 

Auf dem Weg zur Arbeit

Tom hat heute einen Termin mit einem Geschäftspartner in der Stadt. Er arbeitet in der Bildverarbeitungsbranche, einem Bereich, der sich in den vergangenen Jahren stark verändert hat und mittlerweile alle Lebensbereiche durchdringt – auch dank Computational Imaging.

Hardware-Beschränkungen der Bildaufnahme sind längst überwunden, Rechenleistung steht unbegrenzt zur Verfügung und man erkennt Computer und Kameras kaum mehr als solche. Sie sind Bestandteil von Kleidung, Wänden und Gegenständen, um die Lebensqualität von Menschen zu verbessern. So auch Toms Arbeitsweg. Bevor er jedoch startet, holt sich Tom noch eine halbe Tasse Kaffee, die er im Stehen trinkt. EVE registriert sofort den Beginn seiner damit verbundenen Aufbruchsroutinen und setzt sich mit der KI des öffentlichen Transportsystems in Verbindung, um eine mobile Fahreinheit anzufordern.
Früher verstopften Autos die Straßen, heute sieht man nur noch wenige. Autonome, elektrische Fahreinheiten prägen das Bild der Stadt. Kameras erkennen die Fahrstrecke, die Transport-KI wertet alle Daten aus und steuert das System viel sicherer als es ein Mensch je könnte. Sie koppelt Einheiten für gleiche Strecken zusammen – so wird es effizienter. Toms Fahreinheit fährt heute den ersten Teil der Strecke allein, später kommen andere Einheiten dazu, die sich kurz vor Toms heutigem Ziel wieder trennen. Während der Fahrt hatte Tom noch etwas Zeit. Durch die komplette multimediale Anbindung hat er EVE schnell noch die letzten Änderungen für seine Präsentation heute diktiert, da er es gestern nicht mehr geschafft hat.

Das heutige Projekt

Die smarten Fabriken von heute sind komplett digitalisiert und vernetzt. Bevölkert werden sie von Robotern, die ausgestattet mit Sensoren und Kameras komplett von künstlichen Intelligenzen gesteuert sind. Das ist auch bei Toms aktuellem Projekt der Fall. Er arbeitet gerade an der Planung der Qualitätssicherung eines Produktionsprozesses für Fahrräder. Diese sind aktuell ein Must-have. Mit dem Schwinden der Autos gibt es nämlich wieder mehr Platz in den wiederbegrünten Städten. Da zudem nun jeder ohne eigene Anstrengungen chauffiert wird, sind viele Menschen davon begeistert, wieder einmal selbst zu lenken.
Für die neue Modellinie erstellt Tom mit seiner Planungssoftware die Qualitätssicherung. Wie muss wo beleuchtet werden, welche Komponenten eignen sich am besten, bewegt sich der Roboter fliegend oder als „automated guided vehicle“ durch die Halle? Das alles legt er – vor jeglicher Kaufentscheidung – in der Planungsphase anhand seiner Simulationen fest. Die Hersteller liefern ihm dazu alle Informationen transparent als Digital Twins und unterstützen ihn so optimal bei der Planung des Systems. In diesem sind Roboter, Kamera und intelligente Sensorik ein unzertrennliches Paar, gehen nahtlos ineinander über und arbeiten komplett 3D-basiert in Echtzeit. Die künstliche Intelligenz der Fabrik wird die gewonnen Bilder der Kameras cloud-basiert analysieren und die Steuerung der Aktoren übernehmen.
Toms neues Bildverarbeitungssystem wird jedoch nicht mehr nur mit den anfänglich vorgegebenen Informationen der Bediener arbeiten. Die von ihm geplanten Unsupervised-Learning-Algorithmen werden anhand der Daten anderer Produktionslinien und deren Entscheidungen über gute oder schlechte Teile lernen. Das System wird selbständig Bewertungen zur Produktivität vornehmen und Optimierungsvorschläge unterbreiten. Dazu dienen auch die Vision-Sensoren und Embedded-Vision-at-the-edge-Komponenten, die Tom gerade simuliert. Sie enthalten Boards mit fast unbegrenzter Rechenleistung, die auf Bildverarbeitungsaufgaben, Deep-Learning-Algorithmen und Computer Vision zugeschnitten sind. Und gerade kommt Tom noch die Idee, das Ganze vielleicht auf Batteriebetrieb umzustellen, was diesen Prozessschritt komplett mobil und damit noch schneller machen würde. Das muss er sich unbedingt nach der Mittagspause noch einmal genauer anschauen.

Mittagspause

Zum Mittagessen gibt es bei Tom Tomatensalat – entsprechend EVEs Analysen enthält dieser heute für ihn die optimale Kombination aus Vitaminen und Mineralstoffen. Toms Tomaten wuchsen in autarken Gewächshäusern auf den Dächern der Stadt. Für die optimale Reifung wurden die Wasser- und Nährstoffzufuhr sowie der Lichtbedarf jeder Pflanze anhand von Größe und spektralen Eigenschaften individuell bestimmt und gesteuert. Dafür sind in den Rankhilfen multifunktionale Bildverarbeitungseinheiten eingebettet, deren Pixel sowohl als hyperspektrale Kamera für die chemischen Analysen wie auch als Beleuchtungseinheit agieren können. Geerntet wurden die reifen Tomaten durch mobile Erntedrohnen, die mittels Bildverarbeitung Position und optimalen Anflugwinkel bestimmen.

Arztbesuch

Nach der Mittagspause erinnert EVE Tom an seinen Arzttermin. Gestern hat Toms Spiegel die Veränderung eines Leberflecks bemerkt und ein hochaufgelöstes Bild an die medizinische Einheit von EVE zur Analyse übergeben. Die Veränderung ist so auffällig, dass EVE entschieden hat, einen Termin beim Dermatologen zu vereinbaren. Dafür hat EVE bereits alle Daten an den Arzt weitergegeben. So geht es dann vor Ort schneller. Dass EVE das alles darf, hat Tom ihr erlaubt. Datenschutz, Datensicherheit und Privatsphäre sind immer noch gesellschaftlich relevante Themen, können aber durch jeden individuell festgelegt werden. Tom ist mit künstlichen Intelligenzen um sich herum aufgewachsen und hat sich für einen offenen Austausch seiner Daten zwischen den eingebundenen Einheiten in seiner Cloud sowie bestimmter Daten mit externen KIs entschieden – unter anderem auch, weil dann seine Versicherungen günstiger sind. Nach einer genauen Untersuchung des Leberflecks gibt Toms Arzt dann Entwarnung – die Veränderung liegt im Normbereich und EVE erhält die Anweisung monatliche Statusveränderungen zur Weiterbeobachtung zu übermitteln.

Am Nachmittag

Da der Arzt auf dem Weg nach Hause liegt, entscheidet Tom, seine restliche Arbeit für den heutigen Tag direkt von daheim zu erledigen. EVE öffnet bei ihm zu Hause dafür einen digitalen Zugang und vernetzt sich mit den Systemen seiner Arbeitsstelle. Die Idee mit dem Batteriebetrieb ist gar nicht so schlecht. Die ersten Simulationen sehen vielversprechend aus. Tom will die Ergebnisse noch mit einem Kollegen diskutieren und sie treffen sich dafür in der Produktionshalle für die neuen Fahrräder. Dazu projiziert EVE einen virtuellen Raum und das Abbild von Tom und seinem Kollegen. Auch der ist begeistert und gemeinsam nehmen sie die letzten Verbesserungen für diese Planungsvariante vor, bevor Tom die Arbeit für den heutigen Tag beendet.

Abendbeschäftigung

Tom interessiert sich schon seit Jahren für die Projekte rund um die Kolonisierung des Mars, denn dort gibt es gerade richtig was zu bewegen. Aus seinem Hobby ist deswegen eine Start-up-Idee entstanden und da er nach der gestrigen Geburtstagsparty heute lieber einen ruhigen Abend daheim verbringen möchte, beschließt er, daran weiterzuarbeiten. Er ist bei der vierten Simulationsphase einer neuartigen bildbasierten Steuer- und Kontrolleinheit für die 3D-Drucker stehen geblieben, die auf dem Mars begonnen haben, aus dem vorhandenen mineralischen Materialien die für den weiteren Ausbau notwendigen Gebäudestrukturen zu drucken. Tom ist überzeugt, dass sein neuer Ansatz deutliche Effizienz- und Qualitätsvorteile bringt. Dass sich Tom auch nach der Arbeit mit solchen Themen beschäftigt ist für ihn normal. Er ist in dem Wissen aufgewachsen, dass lebenslanges Lernen jeden Menschen begleitet. Auch in Zukunft wird der technologische Fortschritt nicht aufzuhalten sein. Bestehende Jobs werden sich verändern, neue entwickeln und andere wegfallen – auch hochqualifizierte wie seiner. In einigen Jahren kann es also durchaus sein, dass Toms derzeitige Planungsarbeit ebenfalls von einer KI übernommen wird. Für Tom der ideale Zeitpunkt, die eigenen Ideen Wirklichkeit werden zu lassen.

Zukunftsmusik?

Toll diese Zukunft, oder? Und das Schönste daran ist, dass jeder sie selbst beeinflussen kann. Wir als Hersteller und Service-Anbieter haben es heute in der Hand, was wir mit den Nutzern gemeinsam aus ihr machen. Und dir, Tom, wünschen wir eine Gute Nacht – EVE wird deinen Schlaf überwachen, den Rhythmus erkennen und dich morgen nach einer Tiefschlafphase wecken, so dass du ausgeruht in den nächsten Tag starten kannst.

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