Koen Vervloesem
22 February 2011

VUB-spin-off Optrima heeft de hele weg afgelegd van academisch idee tot commercieel product. Zijn prototype van een 3D-camera is uitgegroeid tot een apparaat dat in het tweede kwartaal van dit jaar op de markt komt.

Drie jaar geleden zat Daniël Van Nieuwenhove nog in de gebouwen van het Etro-lab (departement Elektronica en Informatica) van de Vrije Universiteit Brussel en kon de jonge onderzoeker enkel nog maar een prototype demonstreren van de 3D-camera waaraan hij samen met Riemer Grootjans en Ward van der Tempel zes jaar lang had gewerkt. De technologie was echter matuur genoeg, en er was duidelijk ambitie om een eigen bedrijf te beginnen. Van Nieuwenhove exposeerde daarom op de stand van het Brussels Gewest op de technologiebeurs Cebit 2008 met de bedoeling partners te vinden. Daar leerde hij de entrepreneur André Miodezky kennen, die zich een jaar later liet overtuigen om CEO te worden van de spin-off Optrima. Van Nieuwenhove zelf werd CTO. Ondertussen is het bedrijf gevestigd in een klein kantoortje in het Icab (Incubatiecentrum Arsenaal Brussel), de nieuwe broedplaats voor technologiebedrijven van het Brussels Gewest, maar de start-up barst al uit zijn voegen en gaat binnenkort weer verhuizen.

Optrima heeft een hele weg afgelegd: van idee tot spin-off en dan naar het eerste commerciële product. Zoiets doe je niet alleen, benadrukt Van Nieuwenhove: ’Instrumenteel waren de flexibiliteit van de VUB, de steun van het departement Etro en de begeleiding door de Technologietransferinterface van de universiteit wat betreft patenten en onderhandelen. Ook het Instituut ter Bevordering van het Wetenschappelijk Onderzoek en de Innovatie van Brussel draagt een significant steentje bij door ons onderzoek te ondersteunen, zodat we ons technologisch voordeel verder kunnen ontwikkelen en we morgen competitief blijven.‘ Verder wijst hij op de sterke coherentie van de oprichters: professor Maarten Kuijk (Van Nieuwenhoves promotor), Ward van der Tempel (die de eerste volledig functionele 3D-sensor maakte), Riemer Grootjans (uitvinder van de camera), André Miodezky, Tomas Van den Hauwe (die de driver voor de camera schreef) en hijzelf.

Optrima_Optricam_OC311
Het eerste product van Optrima, de Optricam OC311, combineert de Brusselse QQVGA-dieptesensor met een VGA-camera en een ingebouwde microfoon.

Select groepje

Al vanaf de start was er een nauwe samenwerking met het Brusselse Softkinetic, dat zich meer richtte op de software- en middlewarekant van 3D-toepassingen. Dit bedrijf is opgericht in 2007 en had middleware en een software development kit (SDK) ontwikkeld voor de verwerking van gebareninterfaces in games. ’We kenden Softkinetic natuurlijk al even‘, zegt Van Nieuwenhove. ’We zijn twee visionaire teams in dezelfde stad die in hetzelfde domein werken. Toen Softkinetic zag dat de 3D-camera die wij aan het ontwikkelen waren complementair was aan hun software, pompte het bedrijf prompt anderhalf miljoen euro kapitaal in Optrima om te kunnen starten.‘

Het was echter al vlug duidelijk dat beide bedrijven door hun complementariteit meer voor elkaar konden betekenen. In november 2009 richtten Optrima en Softkinetic dan ook een joint venture op waarmee ze een geïntegreerde oplossing voor 3D-toepassingen wilden aanbieden. Applicatieontwikkelaars hoefden zich hierdoor niet meer te verdiepen in de low-level details van de 3D-dieptecamera, maar konden zich dankzij de geïntegreerde SDK focussen op het creëren van vernieuwende gebareninterfaces. De joint venture mikte op de markt van consumentenelektronica en interactieve digitale entertainment.

’De markt evolueerde echter zo snel dat ons model van de joint venture om producten samen te verkopen eigenlijk niet zo veel zin had. Onze bedrijven waren immers zo complementair dat het interessanter was om volledig samen te smelten en er één bedrijf van te maken. Het idee is dat we binnen ons samengesmolten bedrijf de hele waardeketen in 3D kunnen aanbieden. We zijn een van de weinige spelers wereldwijd die alle technologie hebben om de hele stack te kunnen aanbieden, van de dieptesensoren en PCB‘s, via de drivers en middleware tot de applicaties en games. Daardoor kunnen wij alles met elkaar integreren en optimaliseren en uiteindelijk in een goede prijs-kwaliteitverhouding op de consumentenmarkt brengen.‘ Ten tijde van schrijven was de naam van het nieuwe bedrijf, dat in totaal meer dan zeventig personen telt, nog niet bekend.

Structured light

Microsofts Kinect (oorspronkelijk bekend onder de codenaam Project Natal) is ondertussen de proof of the pudding in 3D-camera‘s, zegt Van Nieuwenhove. De Redmondse reus heeft in twee maanden tijd al acht miljoen exemplaren van zijn Kinect-camera verkocht. ’Microsoft heeft met de Kinect iets succesvols op de markt gebracht. Wij waren eerder al actief met onze 3D-camera, maar pas sinds de Kinect moeten we niet meer uitleggen wat een 3D-camera is en wat de toepassingen ervan zijn. Niemand stelt ons nog de vraag wat onze technologie nu juist kan.‘

De Depthsense-dieptesensor van Optrima is gebaseerd op het continue time-of-flight-principe (zie ook Mechatronica Magazine 10, 2009). ’We zenden kort gemoduleerd nabij-infrarood licht met een golflengte van 850 nanometer uit‘, verklaart Van Nieuwenhove. ’Deze lichtpuls wordt door de aanwezige objecten in de scène gereflecteerd en komt dan op de lichtsensor terecht. De tijdsvertraging is uiteraard evenredig met de afstand tot het object waarop de puls is gereflecteerd, zodat we die afstand voor elk punt in de scène kunnen berekenen. Dit is eigenlijk het principe van een radar toegepast op licht.‘

De cameratechnologie waar Optrima nu aan werkt, is een verdere verfijning van de time-of-flight-technologie die het eerste prototype van het Etro-lab gebruikte. De resolutie van Optrima‘s camera wordt bepaald door het aantal pixels in de CMos-sensor (QQVGA: 160 bij 120 pixels; QVGA: 320 bij 240 pixels). Er zijn al framerates mogelijk van meer dan 100 fps.

De Kinect daarentegen werkt fundamenteel verschillend: het apparaat gebruikt technologie van het Israëlische bedrijf Primesense, dat met zijn Light Coding een variant ontwikkelde van de structured light-aanpak. Hierbij wordt een roostervormig patroon van bolletjes nabij-infrarood licht geprojecteerd op de scène. Wanneer een infraroodcamera vervolgens vanuit een ander perspectief dan dat van de projector naar de lijnen op het oppervlak kijkt, lijken deze vervormd. Een processor berekent dan op basis van het vervormde patroon de diepte-informatie in het infraroodbeeld.

Optrima_team
De oprichters van Optrima (van links naar rechts): professor Maarten Kuijk, Riemer Grootjans, Daniël Van Nieuwenhove, André Miodezky, Ward van der Tempel en Tomas Van den Hauwe

Interesse van Microsoft?

Van Nieuwenhove apprecieert de Primesense-technologie, die volgens hem al heel matuur is, maar hij ziet toch een aantal beperkingen, te beginnen bij de berekening van de diepte-informatie. ’Die berekening is intensiever dan bij de time-of-flight-aanpak, waardoor je een extra processor in de camera moet installeren én je extra vertraging introduceert. Bovendien wordt de resolutie van je dieptebeeld bepaald door het bolletjespatroon. Met structured light is het bijvoorbeeld moeilijk om randen te detecteren: als de structuur van het patroon niet fijn genoeg is, krijg je gekartelde randen te zien.‘

Verder legt de structured light-aanpak volgens Van Nieuwenhove een zwaardere last op het productieproces en de levenscyclus van een 3D-camera. ’De projector moet het patroon onder een welbepaalde hoek ten opzichte van de camera projecteren – waarmee je overigens ook schaduwen creëert – en die hoek moet exact gekalibreerd zijn. Je moet het productieproces dan optimaliseren voor een specifieke combinatie van componenten, en als je daar in een volgende versie iets aan verandert, heeft dat zijn weerslag op het hele productieproces.‘

Een ander nadeel van structured light is een beperkter gezichtsveld, aldus Van Nieuwenhove. ’Microsoft heeft die beperking omzeild door een motor in de Kinect te steken, maar zoiets kun je niet in elke situatie doen, terwijl je onze Depthsense-technologie eenvoudig naast de webcam in een laptopscherm of televisie kunt inbouwen, of zelfs in een mobieltje of tablet.‘

Al met al gelooft Van Nieuwenhove dus dat de time-of-flight-aanpak belangrijke voordelen te bieden heeft, en hij denkt zelfs dat ook Microsoft het belang hiervan inziet. ’Microsoft heeft ondertussen al twee bedrijven opgekocht die met het time-of-flight-principe werken: 3DV Systems en Canesta. Wie weet, gebruikt de tweede versie van de Kinect wel technologie van een van deze bedrijven.‘ Op de voor de hand liggende vraag of Microsoft dan al interesse getoond heeft in de technologie van Optrima houdt Van Nieuwenhove de lippen stijf.

Hulp bij parkeren

Een eerste productreeks voor de consumentenmarkt is Optricam, die de QQVGA-Depthsense-sensor combineert met een VGA-RGB-camera (30 fps) en een ingebouwde microfoon. De serie heeft een bereik van een tot vier meter en behaalt een diepteresolutie van minder dan twee centimeter op een afstand van drie meter. Toepassingen waarop Optrima mikt, zijn videogames, interactieve en controllerloze interfaces en videoconferencing. Niet alleen op computers, maar ook op tv‘s. ’Omdat onze Depthsense-technologie weinig processorkracht vergt, is de Optricam ideaal voor gebruik met settopboxen en connected tv‘s‘, aldus Van Nieuwenhove. De Optricam is nu in preproductie en zal in het tweede kwartaal van 2011 in volume beschikbaar zijn. De prijs (voor klanten, niet de consumentenprijs dus) zal voor mid-size volumes (minder dan honderdduizend camera‘s) onder de zestig euro liggen. Afhankelijk van de klant, het type platform en de markt zal de Optricam gebundeld worden met software.

In januari was Optrima uitgebreid aanwezig op de Ces 2011 in Las Vegas om zijn Optricam te promoten, blikt Van Nieuwenhove terug. ’Hoewel het nog om een prerelease ging, is het product heel positief onthaald. We hebben op vier dagen tijd meer dan veertig meetings gehad met allerlei bedrijven, en het was duidelijk dat ze geïnteresseerd waren in onze one-stop shop-oplossing.‘ Op de Ces bleek dat heel wat telecomoperators gebareninterfaces aan het overwegen zijn en ook LG en Samsung zijn de technologie aan het evalueren voor hun tv‘s. Optrima is nu in gesprek met een aantal operators en producenten van consumentenelektronica.

De Optricam is bedoeld voor indoor gebruik: de Depthsense-sensor kan tegen omgevingslicht in normale omstandigheden, maar niet tegen buitenlicht. Tolerantie voor rechtstreeks zonlicht staat op de roadmap van de volgende generatie dieptesensoren. Verder is Melexis, dat de beeldsensoren produceert, bezig de technologie te vermarkten in de automobielsector. ’Het zal wel ten vroegste over enkele jaren zijn dat we producten in de automotivesector zien, maar het potentieel is daar heel hoog: denk bijvoorbeeld aan 3D-camera‘s als hulp bij het parkeren of bij cruisecontrol.‘