Führende Automarkenhersteller aufgefordert die Entwicklung essentieller Bildqualitäts-Standards zu unterstützen
Sobald sich Autos auf den automatisierten Betrieb von On-board-Kameras verlassen müssen, entscheiden mögliche Qualitätsmängel oder Bildfehlinterpretationen über Leben und Tod. Daher ist eine generell anerkannte Methode zur Beurteilung der Bildqualität zwingend notwendig, allerdings existieren derzeit keine spezifischen Standards für Automotive-Anwendungen.
Forschungs- und Entwicklungsingenieure von Fahrerassistenzsystemen haben deshalb mit dem Erzeugen eines solchen Standards begonnen. Nach der Analyse bereits bestehender Standards möchte die Industriearbeitsgruppe nun die Diskussion eröffnen und Vertreter aus der gesamten Lieferkette mit einbeziehen.
Laut Dr. Sven Fleck „gibt es Bildqualitätsstandards für andere Anwendungen, wie zum Beispiel für Überwachungs- und Handykameras. Diese können aber nicht direkt auf Kameras in autonomen Fahrzeugsystemen übertragen werden, da hier die Bildqualität sicherheitsrelevant ist.”
Dr. Fleck ist stellvertretender Vorsitzender der Arbeitsgruppe ‚Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) P2020 Automotive Image Quality Working Group‘. Die Gruppe arbeitet derzeit mit rund 300 Experten zusammen, von denen rund 50 regelmäßig an persönlichen Treffen teilnehmen.
Der erste wichtige Meilenstein der Arbeitsgruppe war die Veröffentlichung des IEEE P2020 Automotive Imaging White Paper (hier geht’s zum white paper). Dieses Dokument erläutert die angesprochenen technischen Schwierigkeiten und geht davon aus, dass es von einer Zusammenarbeit unterschiedlichster Interessensvertretern profitieren würde.
Nach Angaben von Dr. Marc Geese, Leiter der Untergruppe ‚Bildqualität für Computer Vision‘ bei Bosch: „Derzeit sind viele aktive Tier-1- und Bildsensorlieferanten an unserer Arbeitsgruppe beteiligt. Da der erste Entwurf des Standards bald vorliegt, ist es gerade jetzt für weitere Erstausrüster und Lieferanten der Bildgebenden Industrie ein guter Zeitpunkt, unsere Fortschritte zu prüfen und in die Arbeitsgruppe einzusteigen.“
Der Industrie zuhören
Robert Stead, Geschäftsführer der Sense Media, gab den Hauptanstoß. „Schon vor dem Start von Sense Media im Jahr 2015 führte ich Gespräche darüber, wie wichtig die Entwicklung von Standards ist. Wir waren uns einig, dass es eine gute Initiative wäre. Allerdings hatte ich damals nicht wirklich damit gerechnet, der Vorsitzende der Gruppe zu werden“, erinnert er sich schmunzelnd.
„Ich habe diese Initiative zwar aus administrativer Sicht gestartet, aber die eigentlichen Ideen und Konzepte kamen von Experten wie Patrick Denny von Valeo Vision Systems sowie Ulrich Seger von Bosch, die die potenziellen Vorteile einer solchen Zusammenarbeit erkannten.“
Man entschied sich, der Herangehensweise des IEEE zu folgen, da viele der Themen bezüglich der Bildqualität aus der Arbeit mit dem IEEE-Standard ‚Kamera-Handy-Bildqualität‘ stammen. Die Auswahl der Standard-Nummer war eher zufällig. „2020 war nicht einfach die nächst verfügbare Nummer, aber unsere IEEE-Hauptkontaktperson, Michael Kipness, war kreativ und schlug diesen sehr geeigneten Projektnamen vor, da wir ja schließlich dafür arbeiten, künftigen Fahrzeugen eine perfekte 20/20-Sehschärfe zu geben.“
Als Vorsitzender des IEEE-P2020-Lenkungsausschusses möchte Robert unbedingt auch die Arbeit anderer Organe anerkennen. „Die Mitarbeiter vom EMVA 1288 der ‚European Machine Vision Association‘ sowie der IEEE-SA P1858 (CPIQ) für Kameratelefone haben sich daran beteiligt. Es gibt schließlich schon eine ganze Reihe relevanter Standards, KPIs und Prüfverfahren für maschinelles Sehen. Aber kein anderer Standard hat sich bisher speziell auf Automotive-Anwendungen konzentriert.“ „P2020 versucht Überschneidungen zu vermeiden. Wir pflegen Beziehungen mit anderen Organisationen, das heißt Teile von Standards aus anderen Quellen können angepasst werden. Jedoch sind viele Anwendungsfälle im Automobilsektor einzigartig.“
Es gibt aber auch noch andere Herausforderungen.
Dr. Sven Fleck berichtet: „Als wir die Arbeitsgruppe im Dezember 2015 starteten, gab es noch große Lücken. Es gab keine Möglichkeit, Bildgebungssysteme für Fahrzeuge quantitativ miteinander zu vergleichen. So ist es beispielsweise nicht möglich zu quantifizieren, wie sich ein System bei schwachem Licht oder bei geringem Kontrast verhalten wird.“
Bewusstsein für die Konsequenzen schaffen
Das White Paper bezieht sich auf zwei wissenschaftliche Artikel der P2020-Arbeitsgruppe, die während des ‚Electonic Imaging Symposium der Society for Imaging Sciences and Technology‘ im Januar 2018 präsentiert wurden.
Hier geht’s zum white paper
Laut Brian Deegan, Vision Research Engineer bei Valeo, ist das LED-Flackern eines der Hauptprobleme.
Das LED-Flackern ist kein Problem für die menschliche Wahrnehmung, verursacht aber ein Problem bei der Datenmessung für Bildgebungssysteme: Da die gemessene Lichtintensität, beispielsweise bei Ampeln, stark variiert, ergibt sich ein Messproblem mit klarem Risiko für Fehlinterpretationen.
Das zweite White Paper bezieht sich auf die Arbeit von Marc Geese an einem neuen KPI, der sogenannten ‚Contrast-detection-probabilty‘ (übersetzt: ‚Kontrast-Nachweis-Wahrscheinlichkeit‘). Sven Fleck verweist auf sequentielle Videoabschnitte aus der Perspektive eines Fahrzeugs, das in einen Tunnel fährt. Hierbei produziert die Kombination von Lichtbedingungen und Kameraablesungen eine verschleiernde Blendung in dem Bild, was zu einer Kontrastreduzierung führt. Dieses Beispiel, sagt er, „macht das Fahrzeug wegen des abnehmenden Kontrasts für eine ganze Sekunde scheinbar unsichtbar“.
Dr. Fleck fügt unterstreichend hinzu: „Wir kommen an einen Punkt, an dem Bildqualität über Leben und Tod entscheidet.“ Oder um es etwas milder auszudrücken, Bildqualität könnte im Zweifel der entscheidende Faktor zwischen sicherer Navigation und einem schweren Unfall sein.
Die Arbeitsgruppe wurde in Untergruppen aufgeteilt, um die wichtigsten Probleme anzugehen.
Brian Deegans Gruppe konzentriert sich auf das LED-Flackern, während sich laut Robert „… eine andere Gruppe um die Bildqualität für die visuelle Ausgabe kümmert, die auf einem Bildschirm für den Fahrer angezeigt wird, wie zum Beispiel eine Rückfahrkamera oder ein Spiegel-Ersatzsystem. Diese Gruppe versucht die Bildqualität für den menschlichen Nutzer zu optimieren und wird von Prof. Robin Jenkin von Nvidia geleitet.“
„Eine dritte Gruppe beschäftigt sich mit Computer-Vision: Es geht dabei um die Bildqualität, bei der die Daten zum Erfassen und Einstufen von Hindernissen von Computern und nicht von Menschen verarbeitet werden.“
Laut Robert werden die Arbeitsbereiche bewusst eng gehalten. „Kameras sind momentan die gängigsten und mit am wichtigsten Sensoren in Fahrerassistenzsystemen und autonomen Fahrzeugen. Deswegen müssen sie im Fokus stehen, wenn man einen Standard speziell für Automobilanwendungen entwickelt.
Längerfristig kann es jedoch durchaus sein, dass es Bedarf für ein breiteres Spektrum an Standards gibt, die dann auch andere Arten von Sensoren abdecken.“
Verantwortung übernehmen und gleichzeitig Design-Flexibilität beibehalten
Automobilhersteller spezifizieren ihre Produkte normalerweise als Komplettpaket. Sie tendieren daher dazu, die Definition der Komponentenspezifikation den Lieferanten zu überlassen. Allerdings könnte diese Herangehensweise bei sicherheitsrelevanten Messungen sowohl rechtliche als auch rufschädigende Risiken mit sich bringen.
Sven Fleck dazu: „Da Bildsensoren immer häufiger eingesetzt werden, werden die damit verbundenen Sicherheitsfragen auch für die Automobilhersteller zunehmend relevant. Vielleicht ist es nicht verwunderlich, dass die Automobilhersteller dabei lieber den Lieferanten den ersten Schritt überlassen möchten. Aber wir möchten die europäischen, und dabei vor allem die großen deutschen Automobilhersteller dazu auffordern, sich stärker bei der Standard-Entwicklung zu beteiligen. Denn dann werden auch andere sicherlich diesem Beispiel folgen.“
Volvo, Volkswagen und General Motors haben an dem White Paper mitgearbeitet, vielleicht mit dem Bewusstsein, dass einige Anwälte bereits auf der Lauer liegen könnten. Es ist durchaus möglich, dass es positiv aufgenommen wird, wenn sich Automobilhersteller aktiv an der Entwicklung von Sicherheitsstandards beteiligen und sich dafür einzusetzen, Unfallrisiken proaktiv zu verringern.
„Automobilhersteller könnten befürchten, dass die Differenzierung ihrer Produkte durch Standards erschwert wird“, fügt Sven hinzu. „Aber bei dem Standard geht es darum zu definieren, wie Bildqualität zu messen ist und welche Kennzahlen wichtig sind. Dadurch erhalten sie Flexibilität, ihre eigenen Anforderungen festzulegen, aber können gleichzeitig davon profitieren, dass Kennzahlen für die Bildqualität klar definiert sind.“
Bessere Kommunikation und bessere Produkte
Roberts Ziel ist die branchenweite Anwendung des Standards. „Das Festlegen gemeinsamer Testmethoden und die Möglichkeit, Kamerasysteme untereinander zu vergleichen, wird die Kommunikation zwischen Kamerasystementwicklern extrem vereinfachen, sowohl für die Lieferanten, als auch für die Kunden oder Prüf- und Zertifizierungsorganisationen, vor allem aber für die Automobilhersteller selbst.“
„Der langfristige Nutzen wird sein, dass jedes Unternehmen die IEEE-P2020-Standards anwenden kann, um die Qualität der Kamerasysteme zu bewerten, und dadurch keine Zeit verschwenden muss, eigene Testmethoden zu entwickeln. Anstatt im Alleingang Testmethoden zu entwickeln, können Zeit und Ressourcen dafür genutzt werden, bessere Kameras zu entwickeln.“
„Eine allgemein anerkannte Methode, die Bildqualität zu messen, sollte die Bildqualität insgesamt verbessern, was wiederum die Sicherheit erhöhen wird.“
„Beim Testen von autonomen Fahrzeugen gibt es viele Fragen bezüglich der Vorschriften. Leider kam es ja auch schon zu einigen Unfällen. Ein Teil der Motivation, den Standard zu entwickeln, ist proaktiv zu sein und nicht darauf zu warten, dass die Regierungen Vorschriften vorgeben. Es ist richtig, proaktiv zu sein und zusammen zu arbeiten, um so die Qualität dieser Systeme zu erhöhen.“
Breitere Vertretung begrüßt
Laut IEEE bietet das Mitarbeiten an neuen Standards die Möglichkeit sich zu vernetzen, das Verständnis zu erweitern und früh Einblicke zu gewinnen – und ermöglicht es dadurch, frühzeitig auf die Anforderungen des Marktes zu reagieren. Das Ziel der P2020-Standards ist es, dass Ingenieure, die Automobil-Kamerasysteme entwickeln, diese Systeme direkt, ‚like for like‘ miteinander vergleichen können. Währenddessen lautet die Herausforderung laut Sven Fleck „sicherzustellen, dass die Bildqualität-KPIs für alle Anwendungen gelten und dass diese KPIs wirklich tun, was sie tun sollen“.
Kamerasensorsysteme werden bereits als Teile der Sicherheitssysteme in Serienmodellen eingebaut, weshalb die notwendige Standardisierung real und dringend ist. Die P2020-Arbeitsgruppe ist deshalb sehr daran interessiert, mit noch mehr Experten in Kontakt zu kommen, die davon profitieren würden, die Bildqualitätsstandards im gesamten Automobilsektor anzuheben.