Berlin, 11. Mai 2026

Vom Wärmebild bis ins Weltall

Anwenderbericht des Unternehmens Cliphit

Als Ulf Rohbeck Ende der Neunzigerjahre begann, Infrarot­daten unter Windows zu verarbeiten, war bereits die verlustfreie Speicherung von 30 Bildern pro Sekunde eine technische Herausforderung. Die eigentliche Schwierigkeit lag dabei weniger in der Kamera selbst als in der Frage, wie sich solche Daten überhaupt stabil erfassen, darstellen und dauerhaft speichern ließen.

Aus dieser Aufgabe entwickelte sich bei Cliphit über viele Jahre hinweg Schritt für Schritt eine Softwareplattform, die heute weltweit in industriellen Analyse-, Prüf- und Steuerungssystemen eingesetzt werden kann.

Die erste Applikation basierte auf einem Intel-Pentium-III-System mit einer Matrox Meteor II und einem RAID-0-Verbund zur Datenspeicherung. Das RAID-System war dabei keine Komfortlösung, sondern notwendig, um die anfallenden Daten kontinuierlich schreiben zu können. Erst durch den Einsatz der Kithara-Realtime-Bibliothek gelang es, mehrere Threads unter Windows 2000 präzise zu parallelisieren und die Infrarotdaten verlustfrei mit 30 Hertz zu verarbeiten. Im Frühjahr 2000 wurde diese Lösung erstmals auf der SPIE in Orlando vorgestellt.

Mit neuen Kamerasystemen änderten sich in den folgenden Jahren auch die Anforderungen. Anfang der 2000er-Jahre integrierte NEC San-ei erstmals ein FireWire-Interface in eine Infrarotkamera. Die Software musste daraufhin grundlegend überarbeitet werden. Bereits 2003 war es möglich, die Daten verlustfrei auf einem Notebook zu verarbeiten – zu einer Zeit, in der mobile Systeme für solche Datenraten eigentlich kaum ausgelegt waren. Damit verlagerte sich der Schwerpunkt zunehmend von der reinen Datenerfassung hin zu konkreten Anwendungen unter realen Einsatzbedingungen.

Aus der ursprünglichen Einzelanwendung entstand Schritt für Schritt eine modulare Plattform. Mit „irMOTION collection“ wurde zunächst ein einzelnes Kamerasystem unterstützt, später folgte mit „irMOTION observer“ der parallele Betrieb mehrerer Kameras, die Anbindung an SPS-Systeme sowie die Integration eines EtherCAT-Masters. Aus einer reinen Messanwendung wurde damit zunehmend eine industrielle Systemlösung.

Mit steigender Komplexität verschoben sich auch die eigentlichen Herausforderungen. Daten mussten nicht nur schnell verarbeitet werden, sondern zuverlässig und deterministisch. Lange Zeit wurden Analyse- und Datenbankfunktionen direkt innerhalb der Datenströme ausgeführt. In der Praxis zeigte sich jedoch schnell, dass einzelne Verarbeitungsschritte teilweise länger dauerten als die eigentliche Übertragungsrate der Kameradaten. Die Folge waren Verzögerungen bei Steuerungs- und Triggersignalen.

Die interne Architektur wurde deshalb grundlegend umgestellt. Analyseprozesse wurden über asynchrone Callback-Mechanismen entkoppelt, Datenstrukturen in Shared Memory ausgelagert und über Events synchronisiert. Erst dadurch wurde ein stabiler Betrieb auch unter hoher Last möglich. Heute bildet dieses Verfahren die Grundlage nahezu aller Datenverarbeitungsprozesse innerhalb der Software.

Parallel dazu wanderten zeitkritische Komponenten schrittweise vom User- in den Kernel-Mode – zunächst beim Ethernet-Datenempfang, später auch bei der EtherCAT-Kommunikation. Dieser Übergang erfolgte nicht in einem einzelnen Entwicklungsschritt, sondern über viele Jahre hinweg. Heute laufen sämtliche relevanten Echtzeitprozesse direkt auf Kernel-Ebene und erfüllen die Anforderungen eines industriellen 24/7-Betriebs.

Auch moderne Embedded-Plattformen wurden konsequent integriert. Die Software wurde unter anderem für Beckhoff-Systeme der CX20x2-Serie optimiert und um spezielle Schaltschrankmodule ergänzt. Hinzu kamen Schnittstellen wie die EtherCAT-Klemme EL6631-0010 zur Kopplung an Profinet-Systeme. Gleichzeitig hielt mit GigE Vision eine weitere Kamerageneration Einzug. Die dafür entwickelten Routinen für Datenempfang und Trans­formation wurden von Anfang an kernelnah umgesetzt – ein deutlicher Hinweis darauf, wie stark die gesamte Architektur inzwischen auf deterministisches Verhalten ausgelegt ist.

Dass sich diese Konzepte auch unter besonders anspruchsvollen Bedingungen bewähren, zeigte sich bereits früh in einem Raumfahrtprojekt des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt (DLR). Entwickelt wurde ein Simulator für sogenannte Spacewire-Schnittstellen – ein Kommunikationssystem, das in Raumfahrzeugen für den Datenaustausch zwischen Instrumenten und Bordsystemen eingesetzt wird.

Die Aufgabe bestand darin, Datenpakete nicht nur zu übertragen, sondern gezielt zu verändern, Fehlerzustände zu simulieren und Kommunikationsabläufe unter realistischen Bedingungen zu testen. Der Simulator musste dabei äußerst stabil und echtzeitfähig arbeiten. Um die Zuverlässigkeit sicherzustellen, wurde das System zusätzlich in einer Master- und einer Slave-Version aufgebaut und vor dem eigentlichen Einsatz intensiv gegen sich selbst getestet.

Zum Einsatz kam diese Technologie unter anderem im Umfeld des COROT-Satellitenprojekts zur Erforschung von Sternenschwingungen und Exoplaneten. Der erfolgreiche Raketenstart Ende 2006 markierte den sichtbaren Höhepunkt eines Projekts, bei dem stabile und deterministische Kommunikation eine zentrale Rolle spielte.

Auch in europäischen Forschungsprojekten wie PROFIT und ZIM brachte Cliphit seine Erfahrung ein. Dabei ging es unter anderem um neue Verfahren zur Analyse von Kunststoffgemischen. Kunststoffproben wurden gezielt erhitzt, ihr Abkühlverhalten mittels Infrarotkameras aufgezeichnet und anschließend mit eigens entwickelten Algorithmen ausgewertet. Die daraus gewonnenen Verfahren fanden später Eingang in industrielle Anwendungen der Qualitäts- und Prozesskontrolle.

Über all die Jahre hinweg spielte dabei die Zusammenarbeit mit Kithara eine zentrale Rolle. Zwischen beiden Unternehmen entwickelte sich nicht nur ein enger technischer Austausch, sondern auch eine sehr individuelle Entwicklungsunterstützung – oft direkt entlang konkreter Probleme aus dem praktischen Einsatz. Neue An­for­de­run­gen aus Projekten bei Cliphit flossen dabei immer wieder unmittelbar in gemeinsame Lösungsansätze und technische Erweiterungen ein.

Ulf Rohbeck beschreibt es so: „Es gibt Situationen, in denen ein Effekt im System klar sichtbar ist, sich aber nicht unmittelbar reproduzieren lässt. Genau diese Punkte treiben die Entwicklung voran. Im gemeinsamen Austausch entstehen daraus Lösungen, die deutlich weitergehen als das ursprüngliche Problem.“

Heute unterstützt die Software bis zu vier Infrarotkameras gleichzeitig, verarbeitet die Daten in Echtzeit, visualisiert sie und kommuniziert parallel mit übergeordneten Steuerungssystemen über EtherCAT oder Profinet. Die Plattform wurde über viele Monate in industriellen Anwendungen getestet, arbeitet stabil und verlustfrei und ist weltweit im Einsatz.

Seit 1999 wurden mehrere hundert Lizenzen in unterschiedlichsten Bereichen ausgeliefert – von Industrieunternehmen über Anwendungs­technik bis hin zu Universitäten und Forschungseinrichtungen.

So entstand über viele Jahre hinweg aus einer einzelnen Anwendung eine vielseitige Echtzeitplattform. Der nächste Entwicklungsschritt zeichnet sich bereits ab: Künftig sollen verstärkt auch KI-basierte Verfahren in die Analyse integriert werden. Die Grundlage bleibt dabei dieselbe wie am Anfang – eine Softwarearchitektur, die sich konsequent an realen Anforderungen orientiert und sich über die Zeit immer weiterentwickelt hat.

Cliphit im Internet: cliphit.de/