SCOUT: System zur Charakterisierung und Observation von UAVs durch Thermalkameras

Im Rahmen des Luftfahrtforschungsprojekts TONIC (Erweiterung autonomer Fähigkeiten durch intuitive Piloten-Schnittstellen und innovative Aktuatorik) entwickelt Kappa optronics mit dem Teilvorhaben SCOUT (System zur Charakterisierung und Observation von UAVs durch Thermalkameras) einen neuartigen Infrarot-Kamerademonstrator zur automatisierten Erkennung nicht-kooperativer Luftverkehrsteilnehmer. Ziel ist es, Drohnen der Klassen C3 und C4 frühzeitig zu erkennen und die gewonnenen Informationen für die Besatzung von Hubschraubern bereitzustellen. Das System wird als passive Sensorsuite in einen zukünftigen „Sense-and-Avoid“-Demonstrator integriert und ergänzt dabei aktive Sensorsysteme wie Radar und Lidar. 

Der von Kappa entwickelte Demonstrator basiert auf mehreren langwelligen Infrarotkameras (LWIR), die gemeinsam den Luftraum vor dem Luftfahrzeug überwachen. Die thermische Bildgebung ermöglicht eine zuverlässige Erkennung von Flugobjekten bei Tag und Nacht sowie unter schwierigen Sichtbedingungen. Durch die Integration künstlicher Intelligenz direkt in die Kameraelektronik werden erkannte Objekte nahezu in Echtzeit identifiziert, verfolgt und für die weitere Verarbeitung im Gesamtsystem bereitgestellt. Dabei verfolgt Kappa einen innovativen Edge-Computing-Ansatz, bei dem die Auswertung unmittelbar im Sensorsystem erfolgt. Dies reduziert Latenzen und ermöglicht besonders energieeffiziente und kompakte Systeme für zukünftige Luftfahrtanwendungen. 

Ein zentraler Forschungsschwerpunkt von SCOUT ist die Frage, wie KI-basierte Objekterkennung unter den besonderen Bedingungen der Infrarotbildgebung zuverlässig umgesetzt werden kann. Hierzu untersucht Kappa den Einfluss verschiedener Bildverarbeitungsverfahren auf die Detektionsleistung neuronaler Netze und erforscht adaptive Verfahren, bei denen die Parametrisierung der Bildverarbeitung dynamisch an die jeweilige Szene angepasst wird. Ziel ist es, die Erkennungswahrscheinlichkeit von Drohnen auch unter schwierigen Umweltbedingungen zu maximieren. 

Darüber hinaus erforscht Kappa kooperative Ansätze zwischen klassischer Bildverarbeitung und künstlicher Intelligenz. Dabei soll KI nicht nur für die Objekterkennung eingesetzt werden, sondern auch die Bildaufbereitung selbst unterstützen. So können beispielsweise hochdynamische Szenen oder schwierige Temperaturkontraste besser dargestellt werden. Gleichzeitig werden Verfahren zur Verbesserung der Bildqualität von Infrarotsensoren untersucht, unter anderem durch neue Ansätze zur Non-Uniformity-Correction (NUC), die temperaturbedingte Bildartefakte reduzieren und die Leistungsfähigkeit moderner Mikrobolometer erhöhen sollen.

Die Validierung der entwickelten Technologien erfolgt stufenweise. Nach der Entwicklung des Kamerademonstrators werden umfangreiche Trainings- und Testdatensätze aufgebaut, KI-Modelle trainiert und deren Erkennungsleistung systematisch überprüft. Anschließend wird das System in einen Flugdemonstrator integriert und in Flugversuchen auf einem Airbus-Hubschrauber erprobt. Neben den technologischen Fragestellungen werden dabei auch Erkenntnisse zur Integration KI-basierter Funktionen in sicherheitskritische Luftfahrtsysteme gewonnen.

Mit SCOUT erweitert Kappa optronics seine Kompetenzen in den Bereichen Thermalkameratechnik, Embedded AI und autonome Sensorsysteme. Die Ergebnisse des Projekts schaffen die Grundlage für zukünftige Anwendungen in der bemannten und unbemannten Luftfahrt, von Pilotenassistenzsystemen über Rettungshubschrauber bis hin zu zukünftigen eVTOL- und autonomen Flugsystemen.

Förderprogramm: LuFo 7.1, Förderkennzeichen 20Y2403D