Bildverarbeitung im Einsatz -  Anwendungsbeispiele aus zahlreichen Branchen

Industrielle Bildverarbeitung

in der Praxis

Kundenreferenzen und Anwendungsbeispiele

Kunstvolle Bildverarbeitung

Juli 2019

Bildverarbeitung hat sich als effektive Methode für die Qualitätssicherung in der Produktion und das Erkennen von Fehlern etabliert und wird vor allem für diesen Zweck eingesetzt. Dass sich diese Technologie auch für Anwendungen in völlig anderen Bereichen eignet beweist ARTMYN: Das Schweizer Unternehmen nutzt Vision-Systeme auf Basis von STEMMER IMAGING-Komponenten, um neue Einblicke in die Welt der Kunst zu eröffnen.

„Re-discover Art“ lautet der Slogan von ARTMYN, einer Ausgründung der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne. Was das Schweizer Unternehmen mit Sitz in Saint-Sulpice bei Lausanne entwickelt hat, lässt Kunstinteressierte in der Tat völlig neue, bisher ungeahnte Einblicke in die Welt der Kunst entdecken. Mit der 5D-Technologie von ARTMYN lassen sich visuelle Kunstwerke auf eine komplett neuartige Weise und in bislang ungekannter Detailgenauigkeit betrachten.

Mit nur der Länge, Breite und Höhe eines Kunstwerks als Input erfasst ARTMYN automatisch mit hoher Auflösung die 3D-Oberflächentopographie sowie zwei zusätzliche Komponenten, die den Materialreflexionsgrad an jedem Pixel für die interaktive Beleuchtung beschreiben. Als Ergebnis erzeugt die ARTMYN-Technologie interaktive 5D-Bilder und -Filme, die eine besondere und emotionale Erfahrung bei der Betrachtung eines Kunstwerks am Bildschirm erlauben. „Unser Scanverfahren erfasst sozusagen die DNA eines Kunstobjekts, indem es seine einzigartigen Eigenschaften herausarbeitet und dem Betrachter auf innovative Weise aufzeigt“, so Loïc Baboulaz, einer der Gründer und Chief Technical Officer von ARTMYN.

Tausende Bilder kombiniert

Die Erfassung der Merkmale eines Gemäldes oder einer Plastik erfolgt durch einen speziellen Scanner, den Baboulaz und seine Kollegen im Jahr 2016 entwickelt haben. Abhängig von der physischen Größe eines Kunstwerks werden dabei einige hundert bis hunderttausend Bilder aufgenommen und an das ARTMYN-Rechenzentrum gesendet. Zum Einsatz kommen während dieses Prozesses unterschiedliche Lichtquellen und -spektren einschließlich Ultraviolett- und Infrarot-Beleuchtungen, um die individuellen Eigenschaften exakt zu erfassen zu können.

Die Scanner von ARTMYN reisen rund um den Globus, um Bilder von Kunstwerken aufzunehmen und deren digitale Zwillinge zu berechnen. Bildquelle: ARTMYN

Während des Scan-Prozesses kommen unterschiedliche Lichtquellen aus dem sichtbaren, dem ultravioletten und in Kürze auch dem infraroten Spektrum zum Einsatz. Bildquelle: ARTMYN

In der anschließenden Datenverarbeitung führen die von ARTMYN eigens entwickelten Algorithmen die oftmals mehr als 2 Terrabyte umfassenden Daten zusammen und kombinieren die Informationen aus der großen Anzahl der aufgenommenen Bilder, um die relevanten Merkmale des Kunstwerks zu extrahieren. „Auf diese Weise errechnet das System unter anderem die 3D-Topographie, die Oberflächenreflexion und Details zu den verwendeten Farben“, erläutert Baboulaz. „Das Ergebnis wird im Anschluss für die Online-Visualisierung formatiert und an unsere Webserver gesendet.“

Dritter Teil der ARTMYN-Lösung ist die Visualisierung der auf diese Weise berechneten Daten, so Baboulaz: „Unser Viewer bietet eine interaktive Echtzeit-Visualisierung von Bildern mit mehreren Gigapixel Auflösung unter Verwendung modernster WebGL- und Streaming-Technologien.“ WebGL (Web Graphics Library) ist eine offene JavaScript-Programmierschnittstelle, die eine hardwarebeschleunigte Darstellung von 3D-Grafiken im Webbrowser ermöglicht. In diesem Viewer ist ein Kunstwerk beispielsweise sowohl im sichtbaren als auch im ultravioletten Modus mit der gleichen hohen Auflösung verfügbar.

Kompetente Unterstützung

Die Anforderungen an das eingesetzte Bildverarbeitungssystem unterscheiden sich in dieser Anwendung in einem Punkt erheblich von industriellen Einsatzfällen: Die erfassten Bilder müssen nicht in Echtzeit verarbeitet werden. „Für uns ist vor allem die zuverlässige Verarbeitung des gesamten für ein Kunstwerk erworbenen Datensatzes von Bedeutung“, unterstreicht Baboulaz. Als anspruchsvollen Teil der Aufgabe neben der eigentlichen Bildaufnahme nennt er die Entwicklung der besonderen Algorithmen, mit denen die relevanten Informationen auf effektive Weise aus den sehr umfangreichen Datenmengen extrahiert werden können.

Dafür ist viel Fachkompetenz erforderlich und auch vorhanden: Das ARTMYN-Team verfügt über weitreichende, jahrzehntelange Erfahrungen in der Datenverarbeitung und im Bereich Computer Vision in Wissenschaft und Industrie. Weitere Unterstützung zu spezifischen Fragen rund um die Bildaufnahme holten sich die Schweizer laut Baboulaz zudem bei einschlägigen Experten: „2016 haben wir uns mit einer langen Liste hoher Anforderungen an STEMMER IMAGING gewandt, um das richtige Kamera-Setup für unsere Scanner zu finden. Schlüsselelemente waren die Fähigkeit, Bilder mit hoher Auflösung und hoher Geschwindigkeit zu erfassen und die erfassten Daten vom RAM-Speicher auf die Festplatte zu übertragen. Seitdem hat uns STEMMER IMAGING bei der korrekten Anpassung der Kameratechnik an unsere Scanner auf unschätzbare Weise unterstützt und beraten. Wir haben uns in technischen Fragen immer sehr konstruktiv ausgetauscht und konnten uns auch auf die kaufmännische Beratung unseres Partners verlassen.“

Während der ersten Entwicklungsphase des Systems arbeitete ARTMYN mit einer Spiegelreflex-Kamera aus dem Consumer-Bereich. „Die Qualität dieser Aufnahmen war zwar ausgezeichnet, doch die Lebenserwartung solcher Consumer-Kameras liegt nur bei rund 200.000 Bildern“, erinnert sich Baboulaz. „Da es für die Aufnahme eines einzigen großen Werkes erforderlich sein kann, bis zu 100.000 Bilder aufzunehmen, hätten wir also etwa nach jedem zweiten Kunstwerk eine neue Kamera benötigt. Zudem kann die komplette Aufnahme aller erforderlichen Bilder pro Objekt mehrere Tage in Anspruch nehmen. Dank STEMMER IMAGING sind wir nun in der Lage, alle erforderlichen Bilder in Abhängigkeit von der Bildgröße innerhalb von wenigen Sekunden bis hin zu weniger als 4 Stunden zu erfassen."

 
Für eine wirtschaftlich sinnvolle Lösung benötigten wir also schnelle und zuverlässige Bildverarbeitungstechnologien, die uns STEMMER IMAGING bereits nach den ersten Gesprächen empfehlen konnte.“
Loïc Baboulaz, ARTMYN

Durch die künstliche Veränderung der Beleuchtungsrichtung wird die Stofflichkeit eines Kunstwerks noch offensichtlicher und ermöglicht es dem Betrachter, Bilddetails noch besser zu erkennen. Bildquelle: ARTMYN

Kunstliebhaber können jeden einzelnen Pinselstrich individuell und aus jeder Richtung betrachten. Bildquelle: ARTMYN

Zahlreiche Anwendungsmöglichkeiten

Die inzwischen verfügbare Lösung von ARTMYN eignet sich für viele unterschiedliche Anwendungsmöglichkeiten. Dank der einzigartigen Streaming-Technologie kann der digitale Zwilling eines Kunstwerks überall und von jedem mit dem Internet verbundenen Gerät online abgerufen und visualisiert werden. Insbesondere die interaktive Darstellung der 5D-Bilder in Echtzeit ermöglicht einen Kunstgenuss der besonderen Art. Die Technologie vereinfacht darüber hinaus die Erstellung interaktiver, audiovisueller Führungen, ohne dass Kosten, Risiken oder Einschränkungen entstehen, z.B. wenn eine Kamera über einem fragilen Kunstwerk schwebt.

Insbesondere für Museen, Galerien und Auktionshäuser interessant sei die Option, E-Kataloge zu generieren, betont Baboulaz: „Sowohl unser interaktiver Viewer als auch Videos mit geführten Touren lassen sich elegant in derartige elektronische Kataloge einbetten, die auf diese Weise wirklich interaktiv und ansprechend gestaltet werden können.“

Auch für die Themen Sicherheit und Verkauf bietet das ARTMYN-System besondere Merkmale. So ermöglicht es Dank der hohen Detailgenauigkeit des aufgenommenen Abbildes und der 5D-Inhalte einen individuellen Fingerabdruck eines Kunstwerks: „Es ist praktisch unmöglich, ein Kunstwerk zu fälschen, nachdem es einmal von uns eingescannt wurde“, so Baboulaz.

Diese Eigenschaft kann auch für eine automatisierte Schadenserkennung eingesetzt werden, indem ein Kunstwerk beispielsweise vor und nach dem Verleihen an ein Museum je einmal gescannt wird, zeigt Baboulaz auf: „Unsere Algorithmen vergleichen den ersten und zweiten Datensatz objektiv miteinander und stellen eine Heatmap von potenziell beschädigten Bereichen bereit, die auch als Grundlage für einen Versicherungsfall dienen kann.“ Im Gegensatz zum menschlichen Auge erkennt das System dabei selbst kleinste Beschädigungen zuverlässig.

Ein digitaler Zustandsbericht lässt sich ebenfalls auf einfache Weise realisieren, indem Experten ihre Anmerkungen und Bewertungen zum Status eines Kunstwerks direkt in seiner 5D-Datei protokollieren. Ein solcher Zustandsbericht kann dann digital, interaktiv und online mit potenziellen Interessenten geteilt werden, um z.B. Details zu einem Verkauf abzusprechen.

Als weitere Option nennt der ARTMYN-CTO einen Kunstpass, der für jedes Kunstwerk als gesichertes, digitales Dokument für den Inhaber erstellt werden kann und einen privaten Zugriff auf den digitalen Zwilling und seinen Fingerabdruck umfasst. Ein solcher Kunstpass kann alle relevanten Dokumente wie z.B. einen Zustandsbericht, ein Echtheitszertifikat oder die Geschichte des Kunstwerks enthalten und somit sowohl die Qualität als auch die Echtheit des zugehörigen Kunstwerks belegen.

Dank Streaming-Technologie kann der digitale Zwilling eines Kunstwerks überall und von jedem mit dem Internet verbundenen Gerät online abgerufen und visualisiert werden. Bildquelle: ARTMYN

Kunst neu betrachtet

Das Interesse an dieser neuen Form der Kunstbetrachtung ist groß, freut sich Baboulaz: „Museen und Stiftungen, die ihre Sammlungen digitalisieren, wollen ihre Kunstschätze auch gerne einem breiteren und jüngeren Publikum vorstellen. Mit unserem System gelingt dies auf eine neuartige und attraktive Weise: Für Besucher ist es besonders interessant, das eigentliche Artefakt hinter einem Schutzglas unter einer vorgegebenen Beleuchtung und gleichzeitig den digitalen Zwilling zu sehen, der nach Belieben manipuliert werden kann. Zudem bieten interaktive Führungen eine fantastische Möglichkeit, sowohl das Kunstwerk selbst als auch die Technik des Künstlers visuell leicht zugänglich zu erklären.“ Vor diesem Hintergrund ist es nicht verwunderlich, dass sich die Lösung von ARTMYN innerhalb kürzester Zeit in der Kunstszene etablieren konnte. „Ohne die kompetente Unterstützung von STEMMER IMAGING bei der Entwicklung unseres Systems wäre das nicht so schnell gelungen“, unterstreicht Baboulaz.

about ARTMYN

ARTMYN ist eine Ausgründung der Eidgenössischen Technischen Hochschule Lausanne und bietet eine neue Generation technologischer Werkzeuge und Dienstleistungen für das Kunstökosystem. Aus Tausenden von Fotos, die mit verschiedenen Lichtquellen und -spektren einschließlich UV- und Infrarotlicht aufgenommen wurden, generiert ARTMYN interaktive 5D-Bilder und -Filme, die einen emotionalen Kunstgenuss bislang unbekannter Art auf dem Bildschirm bieten.