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Anwendertaugliches Deep Learning auch für Einsteiger
Anwendertaugliches Deep Learning auch für Einsteiger
IDS präsentiert eine Embedded-Vision-Komplettlösung, mit der jeder Anwender in wenigen Schritten und ohne Programmierkenntnisse KI-basierte Bildverarbeitung realisieren und auf einer Kamera (als eingebettetes Inferenzsystem) einsetzen kann.
Bild 1 | Die NXT Kameras von IDS sind Hybridsysteme, um sowohl Vorverarbeitung von Bilddaten mit klassischer Bildverarbeitung als auch eine Merkmalsextraktion mittels neuronaler Netze nebeneinander einzusetzen.
Bild 1 | Die NXT Kameras von IDS sind Hybridsysteme, um sowohl Vorverarbeitung von Bilddaten mit klassischer Bildverarbeitung als auch eine Merkmalsextraktion mittels neuronaler Netze nebeneinander einzusetzen.Bild: IDS Imaging Development Systems GmbH

Mit NXT ocean ebnet IDS die KI-Einstiegshürde und stellt einfach nutzbare Werkzeuge bereit, mit denen ohne viel Vorwissen Inferenzaufgaben in wenigen Minuten erstellt und sofort auf einer Kamera ausgeführt werden können. Das Konzept basiert auf einer einfach bedienbaren Trainingssoftware für neuronale Netze und einer intelligenten Kameraplattform inkl. eines KI-Beschleunigers, der die neuronalen Netze hardwareseitig ausführt. Die cloud-basierte Trainigssoftware NXT lighthouse führt Schritt für Schritt durch die Datenvorbereitung bis zum Training der KI in Form eines neuronalen Netzes. Der Anwender kommt dabei niemals in Kontakt mit irgendwelchen Basiswerkzeugen oder muss sich mit der Installation von Entwicklungsumgebungen auseinandersetzen. Als Webanwendung ist NXT lighthouse sofort einsatzbereit. Dem Anwender stehen für all seine Projekte genügend Speicherplatz und ausreichend Trainings-Performance zur Verfügung. Einloggen, Trainingsbilder hochladen, labeln und anschließend das gewünschte Netz trainieren. Mit wenigen Konfigurationseinstellungen spezifiziert der Anwender die Anforderungen für Geschwindigkeit und Genauigkeit an seine Anwendung. Netzauswahl und Einrichtung der notwendigen Trainingsparameter nimmt NXT lighthouse daraufhin völlig selbständig vor. Die Trainingsergebnisse vermitteln dem Anwender eine gute Vorhersage über die Qualität der trainierten Intelligenz und ermöglichen so ein schnelles Ändern und Wiederholen des Trainingsprozesses. Das System wird kontinuierlich verbessert und ausgebaut. Der Anwender kann sich somit vollständig auf die Lösung seiner Anwendung konzentrieren, ohne das Wissen über Lernmethoden und künstliche Intelligenz selbst aufbauen zu müssen.

Der Hersteller setzt bei NXT lighthouse auf das überwachte Lernen (Supervised Learning), um neuronale Netze zu trainieren. Die Deep Learning-Algorithmen lernen mit vorgegebenen Paaren von Ein- und Ausgaben. Dazu stellt der Anwender während des Lernens den korrekten Funktionswert zu einer Eingabe bereit, indem er einem Bildbeispiel die korrekte Klasse zuordnet. Dem Netz wird die Fähigkeit antrainiert, Assoziationen selbstständig herzustellen, indem es Vorhersagen zu Bilddaten in Form von Prozentwerten macht. Je höher der Wert, desto genauer und sicherer ist die Vorhersage. Für einen schnellen Erfolg sorgt das nahtlose Zusammenspiel der Software mit den NXT Kamerafamilien rio bzw. rome. Denn fertig trainierte neuronale Netze können direkt und ohne Programmieraufwand auf einer dieser Kameras hochgeladen und ausgeführt werden.

Bild 2 | Der Funktionsumfang von IDS NXT Inferenzkameras kann nach dem nächsten Entwicklungsschritt durch Apps und CNNs ganz nach Bedarf erweitert werden.
Bild 2 | Der Funktionsumfang von IDS NXT Inferenzkameras kann nach dem nächsten Entwicklungsschritt durch Apps und CNNs ganz nach Bedarf erweitert werden.Bild: IDS Imaging Development Systems GmbH

Eigener KI-Core

IDS hat für den FPGA der intelligenten NXT Kameraplattform einen eigenen KI-Core, namens deep ocean core entwickelt, der vortrainierte neuronale Netze hardwarebeschleunigt ausführt. Das macht die vollwertigen Industriekameras zu leistungsstarken Inferenzkameras, die KI im industriellen Umfeld sinnvoll nutzbar machen. Bildanalysen finden dezentral statt, wodurch sich Bandbreiten-Engpässe in der Übertragung vermeiden lassen. Die NXT Kameras können, was Genauigkeit und Geschwindigkeit von KI-Aufgaben angeht, mit modernen Desktop CPUs Schritt halten – bei gleichzeitig geringerem Platz- und Energieverbrauch. Durch die Wiederprogrammierbarkeit des FPGAs ergeben sich zusätzlich Vorteile. Durch die perfekte Abstimmung der IDS-eigenen Software und Hardware, kann der Anwender die maximale Inferenzzeit zudem selbst vor dem Training bestimmen. NXT lighthouse kümmert sich daraufhin, um optimale Trainingseinstellungen unter Berücksichtigung der KI-Core-Performance der Kamera. Damit erwarten den Anwender bei der späteren Ausführung der Inferenz keine Überraschungen, wodurch zeitraubendes Nachjustieren und Nachtrainieren entfällt. Das NXT System bleibt damit außerdem für den Anwender, einmal integriert, immer 100% kompatibel und konsistent in seinem Verhalten. Gerade bei industriell zertifizierten Anwendungen ist das von Vorteil.

Durch die leistungsfähige Hardware ist die Embedded Vision Plattform weit mehr als eine reine Inferenzkamera für die Ausführung von neuronalen Netzen. Der Funktionsumfang der CPU-FPGA Kombination wird im nächsten Entwicklungsschritt mittels Vision Apps vom Anwender je nach Bedarf erweiterbar werden. Wiederkehrende Vision-Aufgaben lassen sich dann schnell einrichten und wechseln. Auch ein flexibel agierender Bildverarbeitungsablauf ist dann realisierbar. Aufgenommene Bilder durchlaufen z.B. zuerst eine Vorverarbeitung, bevor eine recht simple und schnelle Klassifizierung IO/NIO-Teile sortiert. Bei Auftreten von Fehlern kann in Millisekunden ein weitaus komplexeres neuronales Netz nachgeladen werden, um die Fehlerklasse viel detaillierter zu bestimmen und die Ergebnisse an eine Datenbank übermitteln. Per App-Entwicklungskit sind maßgeschneiderte Lösungen einfach realisierbar. Anwender können damit individuelle Vision Apps selbst erstellen und auf NXT-Kameras installieren und ausführen.

Fazit

Mit NXT ocean stellt IDS eine Hardware-Software-Kombination vor, die optimal aufeinander abgestimmt ist. Intelligente Erkennungsvorgänge und Automatisierung in vielen Anwendungsgebieten werden vereinfacht bzw. erstmalig möglich. In wenigen Schritten und ohne Programmierkenntnisse lassen sich KI-basierte Bildverarbeitungslösungen erstellen und ausführen. Mit der Trainingssoftware NXT lighthouse ist der Hersteller bewusst in die Cloud gegangen, um Speicherplatz und Trainingsperformance auf die Anforderungen der Anwender skalieren zu können. Zudem müssen keine Update- und Wartungsphasen eingeplant werden, um von kontinuierlichen Verbesserungen zu profitieren. Für den Einstieg in die KI-basierte Bildverarbeitung bietet die Firma zudem ein Inferenz-Starter-Paket mit allen benötigten Komponenten an.

IDS Imaging Development Systems GmbH
www.ids-imaging.de
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