3D entwickelt sich zum »Shooting Star« der Bildverarbeitung
Die Zukunft liegt in der dritten Dimension
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Stereo-Vision, Streifenlichtprojektion, Time of Flight
Stereo-Vision
Auf der Nutzung zweier Kameras beruht auch das geometrische Verfahren der Stereo-Vision. Hier dienen analog zum Augenpaar des Menschen zwei Kameras dazu, zwei 2D-Bilder eines Objekts aufzunehmen. Nach dem Triangulations-Verfahren ist es anschließend möglich, ein dreidimensionales Bild aus den beiden 2D-Bildern zu errechnen. Auch diese Technik erlaubt eine Bewegung der zu prüfenden Objekte während der Bildaufnahme.
Um jeden Objektpunkt des Prüflings eindeutig je einem Pixel in den beiden 2D-Bildern zuordnen zu können, sind allerdings Referenz-Marken oder zufällige Muster auf dem Objekt Voraussetzung für die Anwendung der Stereo-Vision. Für den Einsatz im Produktionsumfeld eignet sie sich daher meist nicht. Sie ist hingegen häufig in der Koordinatenmesstechnik, der 3D-Vermessung von Objekten und Arbeitsräumen für Applikationen mit Industrie-, Service- oder mobilen Robotersystemen sowie bei der 3D-Visualisierung von für den Menschen gefährlichen oder unzugänglichen Arbeitsräumen anzutreffen.
Streifenlichtprojektion
Im Gegensatz zu Laser-Triangulation und Stereo-Vision erfordert die 3D-Bildverarbeitung auf Basis der Streifenlichtprojektion ruhende Objekte. Diese Technik arbeitet mit codiertem Licht, das beispielsweise mit Hilfe von DLP-Projektoren auf das Objekt gestrahlt wird. Dabei führt streifenförmig auf das Objekt projiziertes Licht abhängig von dessen Höhenstruktur zu einem Lichtmuster auf dem Objekt, das von einer in bekanntem Winkel angeordneten Kamera aufgenommen wird.
Im Gegensatz zu einem Laserscanner, bei dem die maximale Lichtintensität über mehrere Kamerapixel hinweg ausgewertet wird, erlaubt die Streifenlichtprojektion die Auswertung der Lichtintensität in jedem einzelnen Kamerapixel. Dies führt zu einer Verbesserung der maximal erreichbaren Höhenauflösung solcher Systeme im Vergleich zu Laserscannern um mehr als den Faktor 2 und erlaubt laut Dr. Gottfried Frankowski, Geschäftsführer der GFMesstechnik GmbH und einer der Väter der Streifenlichtprojektion, Höhenauflösungen bezogen auf die Abtastlänge im Bereich von größer 1:10.000.
Eine Abwandlung dieser Technologie nutzt beispielsweise die Spiele-Konsole »Xbox« von Microsoft in Form der zugehörigen Spielsteuerung »Kinect«. Diese setzt Bewegungen der realen Spieler in Aktionen der virtuellen Spielfiguren um und arbeitet dabei auf Basis einer Punktprojektion im Infrarotlicht-Bereich und einer Infrarot-Kamera.
Time of Flight
Time-of-Flight-Kameras sind 3D-Kamera-Systeme, die mit dem Laufzeitverfahren (englisch: Time of Flight, ToF) Distanzen messen. Das physikalische Prinzip dahinter: Mittels eines Lichtpulses wird die Szene ausgeleuchtet. Eine Kamera misst für jeden Bildpunkt die Zeit, die das Licht bis zum Objekt und wieder zurück braucht. Weil die benötigte Zeit direkt proportional zur Distanz ist, liefert die Kamera somit für jeden Bildpunkt die Entfernung des darauf abgebildeten Objekts. Mit dieser Technik kann somit ein Entfernungsbereich von einigen wenigen bis hin zu etwa 40 Metern mit bis zu 100 Bildern pro Sekunde abgedeckt werden, wobei die Distanzauflösung bei etwa 1 cm liegt. Die lateralen Auflösungen können bis etwa 200 x 200 Pixel betragen.
- Die Zukunft liegt in der dritten Dimension
- Stereo-Vision, Streifenlichtprojektion, Time of Flight
- Komponenten für die 3D-Bildverarbeitung
- Einsatzmöglichkeiten für 3D
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