KI-gestützte, schnelle 3D-Einblicke aus Standardvideos unter Feldbedingungen

Sicherheitsherausforderungen entwickeln sich schnell, und schnelle Erkenntnisse unter realen Bedingungen sind ebenso wichtig wie technische Genauigkeit. Im Kontext der Weiterentwicklung digitaler Fähigkeiten hat die Schweizerische Gesellschaft für Verteidigungstechnologie (STA) eine Reihe von Herausforderungen ins Leben gerufen, um die Zusammenarbeit zwischen der Schweizer Armee, Beschaffungsstellen, Unternehmen und der Wissenschaft zu fördern. Die Teilnehmer wurden eingeladen, Technologien vorzustellen, die innovative Lösungen in die Praxis bringen können. Beim Innovation Day „Create the Future!“ konzentrierte sich eine der Herausforderungen auf fortgeschrittene differenzielle Bildanalyse, und die STA wählte den Vorschlag von ELCA zur Umsetzung aus.

Ein Prototyp für feldrelevante Drohnenvideoanalyse

Um ihren innovativen Ansatz zu demonstrieren und diese Herausforderung zu adressieren, konzentrierte sich ELCA auf Drohnenvideoströme, die praktische Einschränkungen wie Flughöhen- und Flugwegvariationen, Sichtverhältnisse und verfügbare Sensoren mit sich bringen.

Die Data Scientists von ELCA entwickelten einen Prototyp, der effektiv mit unvollkommenen, realistischen Luftvideodaten arbeiten kann, unabhängig von der Verfügbarkeit von GPS und ohne auf spezialisierte, teure Sensoren angewiesen zu sein. Er kann sowohl im Innen- als auch im Außenbereich betrieben werden, und zukünftige Arbeiten werden sich darauf konzentrieren, die Rekonstruktionen bei Bedarf mit bestehenden Kartendaten für die Geolokalisierung abzugleichen.

Das System kombiniert modernste SLAM-Methoden (Simultaneous Localization and Mapping) mit hochentwickelten Modellen der Computer Vision, die den aktuellen Stand der Technik in der reinen Videoanalyse repräsentieren. Die Videoaufnahme erfordert nur einfache, robuste und leicht massenproduzierbare Hardware, während die Verarbeitung auf Standardinfrastruktur mit GPU-Unterstützung läuft. Durch die automatisierte Verarbeitung kann das System:
 

• 3D-Karten aus Videoströmen erzeugen, um die Umgebung zu rekonstruieren.
• Relevante Objekte erkennen, lokalisieren und klassifizieren.
• Mehrere Flüge vergleichen, um wesentliche Veränderungen zu identifizieren.
• Unterschiede hervorheben, die analytische Aufmerksamkeit erfordern.

Überwindung von Einschränkungen und Fortschritte in Richtung Einsatzbereitschaft

Selbst bei begrenzten Sensoren und variierenden Flug- oder Lichtbedingungen zeigt der Prototyp, dass automatisierte 3D-Kartierung und Änderungsdetektion aus bewegten Kamerastreams heute machbar ist. Obwohl weitere Arbeiten für den Echtzeiteinsatz und ein umfassenderes Objektverständnis erforderlich sind, ermöglicht das System bereits jetzt zeitnahe taktische Erkenntnisse innerhalb von Minuten.

Die Lösung zeigt einen klaren Weg hin zu einer höheren Automatisierung in der Videoanalyse, unterstützt schnellere Entscheidungen und verbessert die Situationswahrnehmung, ohne auf spezialisierte, teure Geräte angewiesen zu sein.

Zukünftig wird die Skalierung des Ansatzes, sei es durch zentralisierte GPU-Verarbeitung oder effizientere Edge-Deployments, von den Missionserfordernissen abhängen. Die fortgesetzte Zusammenarbeit wird die Zuverlässigkeit stärken und die Fähigkeit näher an den operativen Feldeinsatz bringen.

Potenzielle zivile Anwendungen

Obwohl für den Verteidigungsbereich entwickelt, bietet der Ansatz auch in zivilen Szenarien Vorteile, in denen schnelle Einsatzbereitschaft und skalierbare Abdeckung wichtiger sind als vermessungsgenaue Präzision. Beispiele hierfür sind:
 

• Notfall- & Einsatzreaktion: schnelle Vor-Ort-Kartierung und Änderungsdetektion, wenn spezialisierte Ressourcen nicht sofort verfügbar sind.
• Temporäre Infrastruktur & Eventbetrieb: schnelle Situationsanalyse bei häufig wechselnden oder erst kürzlich eingerichteten Szenen.
• Verteilte Inspektionen: Zusammenführung von Videos mehrerer Teams oder Plattformen, um große oder sich verändernde Gebiete zu überwachen.
   

Diese Szenarien profitieren davon, die bereits vorhandenen bewegten Kameras zu nutzen, liefern zeitnahe Erkenntnisse, wenn auf hochpräzise Vermessungsgeräte gewartet werden müsste, und ermöglichen eine Abdeckung in einem Maßstab, den hochspezialisierte Systeme praktisch nicht leisten können.

Wir konkurrieren nicht mit hochpräziser Vermessung – wir konkurrieren mit Verzögerungen. Wenn sich die Situation ändert und Entscheidungen schnell getroffen werden müssen, ist zeitnahe Awareness wichtiger als spezialisiertes Equipment.

Ingenieurtechnische Innovation mit realem Nutzen

Dieser Technologiedemonstrator zeigt ELCAs starkes Ingenieurwesen-DNA und das Engagement, modernste Technologien zu nutzen, um hochwirksame, reale Herausforderungen zu lösen.