Waste Intelligence: Industrielle Zoom-Kameras bieten flexible Bildgebung für KI-gesteuerte Abfallverwertung

Bis 2030 wird die Weltbevölkerung jedes Jahr 2,59 Milliarden Tonnen feste Siedlungsabfälle erzeugen. Bis zu 95% dieser Abfälle könnten wiederverwertet werden, doch laut Daten der Weltbank werden nur 19% davon recycelt oder kompostiert. Die in London ansässige KI-Entwicklungsfirma Greyparrot hat es sich zur Aufgabe gemacht, diese Herausforderung zu meistern, indem sie Computer-Vision-Technologie einsetzt, um die Recyclingeffizienz zu steigern.

Das Flaggschiff des Unternehmens, der Greyparrot Analyzer, ist mit der Industriekamera DFK 39GX265-Z20 von The Imaging Source ausgestattet, die über einen integrierten optischen 20-fach-Zoom verfügt. Die Kameras des Analyzers sammeln Live-Bilder von Abfällen, welche die Sortieranlagen durchlaufen. Die Abfallerkennungs-KI von Greyparrot verarbeitet diese Bilder in Echtzeit und liefert den Anlagenbetreibern wertvolle Erkenntnisse, die zur Verbesserung der Sortierleistung und Auswertungen über das Material genutzt werden.

Industrielle Zoom-Kameras: Flexibilität bei der Bildgebung und einfache Integration

Der Analyzer ist so konzipiert, dass er sich problemlos in die bestehende Infrastruktur einer Rückgewinnungsanlage integrieren lässt. Die Abmessungen der Anlage, wie z. B. die Breite des Förderbandes sind bei den Endkunden unterschiedlich. Daher muss der Kamerafokus und das Sichtfeld (FoV) flexibel und effizient zu steuern sein. Dies ist entscheidend für eine optimale Bilderfassung. Daher hatte das Greyparrot-Team genaue Vorgaben für die Auswahl des Kameramodells: "Robustheit, Fernsteuerung von Zoom und Fokus, GenICam-Standard und die Unterstützung externer Trigger waren entscheidend", berichtet Alisa Pritchard, VP-Marketing bei Greyparrot. Die Z20-Zoomkamera erfüllt diese Kriterien und ermöglicht eine schnelle Anpassung an sich verändernde Arbeitsabstände, wechselnde Sichtfelder und Lichtverhältnisse. Pritchard weiter: "Der softwaregesteuerte Zoom und Autofokus der Kamera sind sehr nützlich, da sie es uns ermöglichen, uns an die unterschiedlichen Anforderungen der verschiedenen Kundeneinrichtungen anzupassen."

Kundenspezifische Lösung

Die Betriebsbedingungen in Verwertungsanlagen können herausfordernd sein: Temperaturschwankungen, Feuchtigkeit, Vibrationen, hohe Staub- und Feinstaubbelastung sind häufige Faktoren. Pritchard ergänzt: "Das System sieht und verfolgt jedes Stück Abfall, das in eine Sortier- oder Recyclinganlage gelangt. Ein ununterbrochener Fluss detaillierter Daten über den Abfall hängt von den Betriebszeiten der Hardware ab." In enger Zusammenarbeit mit Greyparrot wurde daher die Zoomkamera optimiert, um eine maximale Betriebszeit in der rauen Umgebung der Rückgewinnungsanlagen zu gewährleisten. Aus diesem Grund wurde die Stabilität erhöht, indem die Industriekameras mit zusätzlichen Metallhalterungen am Objektivsystem versehen wurden.

Bildverarbeitungs-Pipeline

Die Industrie-Zoomkamera erzeugt einen Live-Bildstrom mit etwa 32 Bilder pro Sekunde. Die Anzahl der Bilder, die das System analysiert, hängt von der Fördergeschwindigkeit ab. Es hat sich aber gezeigt, dass in der Regel jedes zehnte Bild genauer analysiert wird. Diese Bilddaten werden einer grundlegenden Vorverarbeitung unterzogen (z. B. Intensity Normalization), bevor sie von dem trainierten neuronalen Netzwerk (CNN, Convolutional Neural Network) des Systems analysiert werden. Der Analyzer verarbeitet die Bilder lokal in Echtzeit und lädt die daraus resultierenden Daten auf das cloudbasierte Analyzer-Portal hoch, auf das die Kunden zugreifen können. Das KI-Abfallanalysesystem erfasst 7 Detailschichten zu jedem Abfallgegenstand. Es identifiziert die Materialzusammensetzung, die Masse, den finanziellen Wert, die Größe, den Status der Lebensmittelqualität, die potenziellen CO2-Emissionen, die Marke und die Artikelnummer.

Detaillierte Abfalldaten

In den letzten zwei Jahrzehnten hat sich der Übergang zur automatisierten Abfallverarbeitung und -verwertung durch Fortschritte in der Computer-Vision-Technologie dramatisch beschleunigt. "Früher waren die Anlagen auf ineffiziente manuelle Stichproben angewiesen, bei denen die gesammelten Daten nur 1% des verarbeiteten Materials ausmachten", so Pritchard. Durch die Nutzung von Bilddaten und Deep Learning automatisiert der Analyzer den Probenahmeprozess und erschließt wertvolle Daten über die bisher ungenutzten 99%. Greyparrot liefert detaillierte Abfalldaten auch außerhalb der Verwertungsanlagen. Allein im Jahr 2023 haben Analyzer-Einheiten 25 Milliarden Abfallobjekte auf der ganzen Welt untersucht und dabei einige der detailliertesten Abfalldatensätze der Welt erstellt. Hersteller und Verpackungshersteller nutzen diese Erkenntnisse nun, um die Recyclingfähigkeit ihrer Produkte zu verstehen und nachhaltigere Alternativen zu entwickeln, die leichter zu verwerten sind.

Datengestützte Einblicke führen zu nachhaltigen Verpackungen

Im nächsten Schritt nutzt Greyparrot die Abfalldaten, die von den 25 Milliarden Abfallobjekten gesammelt und jährlich von den über 100 installierten Analyzer-Einheiten verarbeitet werden, um Verpackungsdesignern und -herstellern wertvolle Informationen zur Verfügung zu stellen, die das Design nachhaltiger Produkte weiter unterstützen werden. Durch die "Verfolgung von Verpackungen vom Design bis zur Entsorgung" liefern diese enormen Datensätze unschätzbare Erkenntnisse über die reale Leistung von Verpackungsmaterialien von der Herstellung bis zum Ende ihrer Lebensdauer. Pritchard kommentierte: "Die industrielle Bildverarbeitung wird im Abfallsektor schon seit Jahrzehnten eingesetzt. Mit der wachsenden Bedeutung der Abfallwirtschaft für die Verarbeitung und Sortierung von Materialien wird die Rolle der industriellen Bildverarbeitung in diesem Bereich weiter zunehmen."