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Software und LIMS Automatische Bildverarbeitung: So sagt ein Bild mehr als ...

Autor / Redakteur: Dr. Klaus Mandelatz* / Dr. Ilka Ottleben

Dank der digitalen Fotografie sind Bilder zur eindeutigen Identifizierung von Objekten und ihrer Verarbeitung populär. Eine Hürde bei der Verwendung dieser Bilder ist allerdings die bislang fehlende automatische Übertragung und korrekte Verlinkung in der Unternehmenssoftware. Doch es gibt Lösungen für die automatische Bildverarbeitung .

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Abb. 1: Ein Bild ist schnell erstellt: Digitale Kameras und Smartphones sind einfach zu bedienen und erstellen in Sekundenschnelle dokumentationstaugliche Bilder.
Abb. 1: Ein Bild ist schnell erstellt: Digitale Kameras und Smartphones sind einfach zu bedienen und erstellen in Sekundenschnelle dokumentationstaugliche Bilder.
(Bild: ©Patrick Daxenbichler - stock.adobe.com)

Seit alters her werden Nummern zur Identifizierung, Handhabung oder Versand von Waren in praktisch jeder Auftragserfassung und Unternehmenssoftware verwendet. Barcodes und Pixelcodes sind die maschinenlesbare Form dieser Nummer: Barcodes wurden 1952 patentiert und kommerziell seit den siebziger Jahren des 20. Jahrhunderts verwendet.

Barcodes und ihre modernere 2D-Variante Pixelcodes werden heute für vielfältige Zwecke als Kennzeichnung von Produkten, beim Transport oder für Informationen benutzt. Mit festen und mobilen Barcodescannern bis hin zur Smartphone-App kann der Barcode erkannt und sein Inhalt verwendet werden.

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„Ein Bild sagt mehr als tausend Worte“

Objekte aller Art werden heute aber nicht nur mit Barcodes gekennzeichnet und erfasst, sondern auch fotografiert. Bei der Erfassung und Bearbeitung im Dienstleistungsgewerbe liegt der Wunsch nahe, den Eingang der Objekte nicht nur anhand von Barcodes zu dokumentieren, sondern gleichzeitig auch ein Bild in die Datenbank mit aufzunehmen. Typische Anwendungen sind beispielsweise:

  • ein Bild des Objektes in der hausinternen Datenbank;
  • Dokumentation des originalen Zustandes, um Transportschäden zu erkennen;
  • Identitätsnachweis des Objektes, um Verwechselungen auszuschließen;
  • Nachweis der hausinternen Bearbeitungsvorgänge.

Ein Bild ist schnell erstellt: Digitale Kameras und Smartphones sind einfach zu bedienen und erstellen in Sekundenschnelle dokumentationstaugliche Bilder.

Automatische Bildverarbeitung: Gibt es ein Problem?

Leider nicht nur eines: Bei der professionellen Verwendung von Bildern stößt man recht schnell auf mehrere Hindernisse, wenn Bilder fortlaufend aufgenommen und automatisch weiterverarbeitet werden:

  • Digitalkameras oder ein Fototisch übertragen das Bild keineswegs über ein geschütztes WLAN automatisch in das gewünschte Verzeichnis im Firmennetzwerk.
  • Der von der Kamera fortlaufend vergebene Dateiname IMAGxxxx.JPG ist bei der automatischen Zuordnung des Bildes in der Datenbank ebenfalls nicht hilfreich.

Solange es sich um eine einstellige Anzahl Bilder handelt, wäre eine manuelle Bearbeitung und Zuordnung kein großes Problem. Aber bei mehreren zehntausend Bildern im Jahr – so viel fällt beispielsweise in einem mittelständischen Analyselabor mindestens an – ist der Aufwand für eine manuelle Übertragung und nachträgliche manuelle Zuordnung der Bilder schlicht zu hoch.

Lösung Teil 1: SD-Karte mit WLAN

Die Bilder müssen von der Kamera zeitnah automatisch an den Zielort der weiteren Verarbeitung übertragen werden. Idealerweise per WLAN, damit die Kamera mobil bleibt.

Die Flashair-Karte von Toshiba ist eine intelligente SD-Speicherkarte mit WLAN. Sie ersetzt die normale SD-Speicherkarte in der Kamera. Mit einer passenden Programmierung und Konfiguration überträgt die Flashair-Karte die Bilder automatisch direkt nach der Aufnahme und Speicherung in der Kamera über das hausinterne, geschützte WLAN auf ein Verzeichnis eines FTP-Dateiservers im Netzwerk. Sowohl für Windows als auch Linux sind FTP-Server als leicht verständliche Open-Source-Software verfügbar.

Die Open-Source-FTP-Software „Filezilla Server“ ist als bekanntester Vertreter weit verbreitet und läuft auf einem beliebigen Windows- oder Linux-Server als automatischer Dienst.

Die Flashair-Karte überträgt das Bild mithilfe des FTP-Protokolls über den FTP-Server auf ein freigegebenes Verzeichnis eines Dateiservers im Netzwerk. Filezilla kennt verschiedene User und Freigaben und protokolliert jede Dateiübertragung.

Lösung Teil 2: Barcode- Erkennung mit PWS

Anschließend sollte das Bild automatisch dem Datenbankeintrag des Objektes in der Unternehmenssoftware zugeordnet werden. Dazu muss die Datenbank die Bilddatei korrekt erkennen und entsprechend verlinken können. Aber wie?

Die Objekte im Bild tragen einen Barcode, der von der Datenbank vergeben wurde. Das Bild könnte über den mit fotografierten Barcode eindeutig dem Objekt und Datenbankeintrag zugeordnet werden. Der von der Kamera erzeugte Dateiname des Bildes ist allerdings unspezifisch und erlaubt selber keine Zuordnung.

Mit dem „Picwatch Server“, kurz PWS, steht erstmalig eine Software für die folgenden Funktionen zur Verfügung:

  • Einlesen einer Bilddatei,
  • Bar- oder Pixelcode im Bild erkennen,
  • Verifizierung des Pixelcodes,
  • Umbenennen der Bilddatei,
  • Verschieben der Bilddatei ins Zielverzeichnis.

PWS basiert auf dem Open-Source-Projekt „Zbar“ und arbeitet als Dienst auf einem Server. PWS kann verschiedene Bar- und Pixelcodetypen erkennen und für die eigene Anwendung konfiguriert werden. Zusätzliche fremde Codes im Bild werden nicht übersetzt.

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Automatisch zur Aussagekraft von digitalen Bildern

Picwatch ist Teil einer Software-Familie, die eine automatische Erkennung von Bar- und Pixelcodes in digitalen Bildern und Umbenennung der Bilddateien ermöglicht. Über den nunmehr aussagekräftigen Dateinamen kann eine ERP-Software oder LIMS-Datenbank wie LAB+ das Bild automatisch mit dem dazugehörigen Datenbankeintrag verlinken.

PWS verifiziert zudem den Inhalt des zu übersetzenden Bar- oder Pixelcodes anhand eines optionalen Präfixes und der Länge des Inhaltes. Mit dieser Verifizierung werden nicht zutreffende Fremdcodes ausgeblendet und eine hohe Treffsicherheit bei der Übersetzung der Codes erreicht.

Die Software ist zudem multicodefähig und erkennt mehrere passende Barcodes von mehreren Objekten in einem Bild. Ein Bild mit mehreren gleichartigen und verifizierten Codes, etwa eine Serie von Objekten in einem Sammelbild, werden aufgesplittet. Für jeden Code wird die Bilddatei mit dem Namen des jeweiligen Codes gespeichert und benannt. Ein eingehendes Bild mit vier Objekten und vier Codes führt also zu vier identischen Bildern mit dem jeweiligen Namen.

PWS reagiert „dateigetriggert“ auf Veränderungen im Dateiverzeichnis. Im Gegensatz zu einem zeitgesteuerten Einlesen des Eingangsverzeichnisses erzeugt der Server dadurch nur eine minimale Auslastung des Prozessors, Netzwerkes und Datenträgers. PWS wartet darauf, dass eine Bilddatei vollständig übertragen wurde, bevor es die Datei verarbeitet. Störungen während der Übertragung von der Kamera ins Netzwerk durch einen zeitgleichen Zugriff auf die Datei werden dadurch vermieden.

Lösung Teil 3: Bildanzeige mit Picwatch-Viewer

Einen entscheidenden Anteil an der Benutzerakzeptanz hat eine visuelle Rückkoppelung einer jeden Tätigkeit: Das soeben aufgenommene, automatisch übertragene sowie verarbeitete Bild muss dem Benutzer auch dargestellt werden. Nur so können Fehler bei der Fotografie oder der automatischen Verarbeitung umgehend erkannt und korrigiert werden.

Obwohl ein Windows-Explorer oder Bildbetrachter wie Irfanview prinzipiell eine Bildvorschau beherrschen, scheitern diese Programme an Details wie automatischem Refresh oder größeren Dateimengen. Für die Anzeige der Bilder wurde die spezialisierte Windows-Software „Picwatch Viewer“ entwickelt. Die Anzahl und Größe der anzuzeigenden Bilder können je nach Anzeigedisplay konfiguriert werden. Die Software zeigt sowohl die erfolgreich als auch fehlerhaft verarbeiteten Bilder: Das jeweils zuletzt aufgenommene und erfolgreich verarbeitete Bild wird an erster Stelle im Display angezeigt. Fehlerhaft verarbeitete Bilder werden in der unteren Zeile dargestellt.

Picwatch Viewer arbeitet wie PWS nicht zeitgesteuert, sondern reagiert „dateigetriggert“ auf Veränderungen im Dateiverzeichnis: Mit diesem Mechanismus können auch Verzeichnisse mit mehreren zehntausend Bildern ohne nennenswerte Last für den Prozessor, das Netzwerk oder den Datenträger überwacht werden. Picwatch Viewer arbeitet zudem fehlertolerant: Ein zeitweiser Ausfall des Dateiservers, etwa bei einem Neustart nach Updates, führt nicht zu Störungen der Überwachung und Anzeige.

Von der Theorie zur täglichen Praxis im Analyselabor

Im Folgenden soll der reale Einsatz dieser Programme am Fallbeispiel eines Analyselabors betrachtet werden: Die Interlabor Belp AG ist ein typisch mittelständisches Unternehmen, das mit 80 Mitarbeitern jährlich ca. 25 000 Proben auf vielfältige Weise biologisch und chemisch analysiert. Aufträge, Proben und Analysenresultate werden mit einem Laborinformations- und Managementsystem (LIMS), erfasst und verwaltet. Eines der führenden LIMS-Programme ist LAB+ von Maqsima. LAB+ wird in Deutschland entwickelt, ist mehrsprachig und hochgradig konfigurierbar. So kann es beispielsweise zu den jeweiligen Aufträgen oder Proben in der Datenbank Dokumente oder Bilder verlinken.

Im Rahmen der Auftragserfassung werden bei Interlabor die Kundendaten, die eingehenden Aufträge und die dazugehörigen Proben mit LAB+ verwaltet. Jede Probe wird bei der Erfassung fotografiert und nach der Verarbeitung mit PWS in LAB+ verlinkt. Das Bild der Probe bietet im Gegensatz zu einem Barcode eine:

  • Dokumentation des Eingangszustandes,
  • sofortige Identifizierung und
  • vermeidet Verwechselungen.

Fotos von Proben werden bei Interlabor sowohl mit normalen Digitalkameras als auch mit einem
Elmo-P100-Fototisch aufgenommen. Der Fototisch bietet mit seiner integrierten Beleuchtung und Fernbedienung gegenüber einer frei beweglichen Kamera einen erhöhten Komfort bei der Aufnahme von Probenbildern.

Auch der Fototisch überträgt die Bilder mit einer Flashair-WLAN-Karte. Picwatch Viewer zeigt auf einem Convertible Laptop die aufgenommenen Bilder direkt nach der Verarbeitung durch den Picwatch Server an.

Viele Wege führen in die Datenbank

Picwatch Server kennt konfigurierbare Jobs, mit denen die Software verschiedene Ein- und Ausgangsverzeichnisse mit Bildern von unterschiedlichen Kameras, etwa für den Probeneingang, den Probenversand oder Analysendetails eines Messgerätes, überwachen und verarbeiten kann.

Die Ausgangsverzeichnisse des PWS oder einer OCR-Software werden von LAB+ mit einem Dienst auf dem Applikationsserver überwacht. LAB+ verlinkt die jeweiligen Dateien anhand des Dateinamens aus dem Pixelcode mit dem dazugehörigen Datenbankeintrag. Nach der Verlinkung werden die Dateien in ein geschütztes Archiv-Verzeichnis verschoben. Die verlinkten Dokumente und Bilder können direkt auf der jeweiligen Registerkarte des Objektes als Vorschau betrachtet oder geöffnet werden.

* Dr. K. Mandelatz: Interlabor Belp AG, 3123 Belp/Schweiz

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