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Tests leicht gemacht

Automatisierte Human-Machine Interface Tests
Tests leicht gemacht

Die Anzahl elektronischer Steuergeräte in Fahrzeugen hat sich in den letzten 20 Jahren verzehnfacht. Moderne Kraftfahrzeuge werden dabei in zunehmendem Maße mit innovativen Modulen für eine gesteigerte Fahrsicherheit oder das Car-Infotainment ausgestattet. Oft verfügen die neuen Steuergeräte über geeignete Anzeigemöglichkeiten in Form von Dot-Matrix- oder TFT-Displays sowie über Eingabemöglichkeiten z.B. mittels Tasten, Drehknöpfen oder über eine Touch-Screen-Bedienung.

Dr. Jörg Schambach, Teamleiter „Digitale Bildverarbeitung und optische Inspektion“ bei GÖPEL electronic GmbH

Derartige interaktive Benutzerschnittstellen werden im Allgemeinen unter dem Begriff Human-Machine Interface (HMI) zusammengefasst.
Neuentwickelte Steuergeräte müssen vor deren Integration in ein Fahrzeug schon während der Entwicklungs- und Evaluierungsphase umfassend getestet werden. Durch die Komplexität moderner Elektronik-Baugruppen und deren starken Vernetzung im Fahrzeug steigt die Bedeutung der Prüfung dabei ständig. Der Testaufwand erhöht sich durch die häufigen Änderungen technischer Stände und die große Anzahl unterschiedlicher Ausführungen (Modell- und Ländervarianten) gewaltig. Dem kann nur durch eine systematische Vorgehensweise auf der Basis von automatisierten Tests, die leicht übertragbar und anpassbar sind, Rechnung getragen werden (Bild 1).
Die Testautomatisierung bei Steuergeräten mit HMI ist allerdings sehr komplex, da die Signalzustände auch von den Reaktionen des Bedieners abhängen. Eine wesentliche Voraussetzung für die Automatisierung von derartigen Tests ist dabei die automatische Erfassung von Symbolen und Textmeldungen auf den entsprechenden Displays. Das heißt, die über eine Kamera erfassten Displayinhalte müssen mit den Mitteln der digitalen Bildverarbeitung ausgelesen werden. Die grundsätzlichen Anforderungen an die zum Textauslesen verwendeten OCR-Bildverarbeitungsfunktionen (OCR = Optical Character Recognition) lassen sich unmittelbar aus den Eigenschaften der Text-basierenden Displayinhalte ableiten. So müssen folgende Bedingungen erfüllt werden:
  • Unterstützung verschiedener Sprachen; insbesondere alle lateinische Schriftarten, kyrillisch, griechisch, türkisch, asiatische Schriftarten
  • größenunabhängige Lesemöglichkeit
  • Lesen von kursiven oder fett dargestellten Zeichen
Bei der Vielzahl der damit möglichen Zeichen wird klar, dass ein Anlernen des Systems über eine ausreichende Anzahl von Bildaufnahmen zu einem immensen Aufwand führt. Da die in kommerziell erhältlichen Bildverarbeitungsbibliotheken verwendeten OCR-Funktionen in der Regel antrainiert werden müssen, ist deren Einsatz hier nicht praktikabel.
Neben den allgemeinen Anforderungen an die OCR-Funktion müssen aber auch die Bedingungen, die sich aus der Anzeige der Zeichen auf Dot-Matrix- oder TFT-Displays und deren Bilderfassung mit CCD- oder CMOS-Kameras ergeben, berücksichtigt werden. Darüber hinaus werden Textfelder nicht immer auf einem homogenen Hintergrund dargestellt. Häufig kommen hervorgehobene und invertierte oder gerahmte Textbereiche vor.
Um der Nachfrage nach einer leicht zu handhabenden Software, welche die notwendigen Bildverarbeitungsalgorithmen für die automatische Lesung von Texten und Symbolen auf Displayanzeigen von Steuergeräten gerecht zu werden, wurde von GÖPEL electronic die easyOCR-Funktion entwickelt. Die neuartige easyOCR-Funktion zeichnet sich dadurch aus, dass ohne Teach-Phase lateinische sowie eine große Vielfalt anderer Zeichen (kyrillisch, griechisch, türkisch, …) größenunabhängig gelesen werden können. Die Vorzüge dieser OCR-Software wurden zusätzlich mit einer intelligenten Bild-Vorverarbeitung verknüpft. Innerhalb eines mehrstufigen Prozesses werden Textbereiche von Hintergründen separiert. Auch hervorgehobene und invertierte Textpassagen werden so vorverarbeitet, dass ein automatisches Auslesen möglich ist. Zusätzlich werden die durch die Anzeige auf völlig unterschiedlichen Displaytypen hervorgerufen Variationen berücksichtigt. Durch eine gezielte Veränderung der Binarisierungs- und Leseparameter, die völlig automatisch im Hintergrund abläuft, werden die aufgenommenen Bilder so aufbereitet, dass ein für die OCR-Funktion optimierter Bildinhalt zur Verfügung steht. Die Zuverlässigkeit des Lesevorgangs wird dadurch weit über das Maß standardmäßiger OCR-Funktionen erhöht (Bild 2).
Die easyOCR-Funktion wurde dabei in die bewährte TOM-Bildverarbeitungssoftware (TOM = teachable optical measurement) integriert. Somit steht dem Nutzer eine Testsequenzer-Software zur Verfügung, die über eine Vielzahl von Funktionalitäten verfügt. Neben der umfangreichen Bildverarbeitungs-Bibliothek sind dies insbesondere komfortable Möglichkeiten zur Einbindung und Konfiguration von CCD- und CMOS-Kameras mit digitalen Interfaces wie FireWire, GigE oder USB. Weiterhin bietet das integrierte Fernsteuerinterface die Möglichkeit, optische Inspektionsaufgaben in übergeordnete Testprogramme zu integrieren. Auf der Basis des anwenderfreundlichen Bedienkonzeptes ist es möglich komplexe Bildverarbeitungssequenzen auch ohne Programmierkenntnisse zu erstellen. So ist es lediglich notwendig einzelne Bereiche des Kamerabilds auszuwählen und diesen Bereichen eine Analysefunktion zuzuordnen. Die Listen der Bereiche und Analysefunktionen werden dann in Ablaufdateien gespeichert, die später (gegebenenfalls auch über die Fernsteuerung) gestartet werden können (Bild 3).
Fazit
Neuartige Steuergeräte aus den Bereichen Infotainment, Fahrkomfort und Sicherheit werden in zunehmendem Maße in moderne Fahrzeuge integriert. Fehlfunktionen dieser Module beeinträchtigen gegebenenfalls die Fahrsicherheit und sind für den Kunden oft sofort erkennbar. Spät entdeckte Fehler führen darüber hinaus zu einem erheblichen Mehraufwand. Eine möglichst hohe Testabdeckung in der Evaluierungsphase der Steuergeräte mit HMI ist auf Grund der großen Variantenzahl innerhalb akzeptabler Zeit und zu vertretbaren Kosten nur mit geeigneten Testautomatisierungslösungen möglich. Eine prinzipielle Voraussetzung für die Automatisierung von derartigen Tests ist dabei die automatische Erfassung von Textmeldungen ohne vorherigen Teach-Prozess. Die im Hause GÖPEL electronic entwickelte neuartige easyOCR-Funktion bietet die Möglichkeit, Textmeldungen auf verschiedenen Displaytypen mit unterschiedlichen Hintergründen automatisiert und ohne Anlern-Prozess mit einer extrem hohen Zuverlässigkeit auszuwerten. Durch die Integration der easyOCR-Funktion in die Testsequenzer Software TOMLine steht eine einfach zu handhabende Bedienoberfläche zur Verfügung, die das Erstellen von Bildverarbeitungs-Prüfprogrammen ohne Programmierkenntnisse erlaubt.
Schwerpunkt für die Weiterentwicklung der Software wird die Einbindung weiterer, insbesondere ostasiatische Sprachen sein. Darüber hinaus soll auf der Bildeingangsseite der LVDS Frame Grabber basicCON 4120 aus dem Hause GÖPEL electronic integriert werden. Dies ermöglicht die direkte Erfassung der von einer LVDS-Quelle gesendeten Bilddaten (Frames).
GÖPEL electronic, Jena
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