3D-Vision mit ToF-Technik Mehr Bilddaten über größere Distanzen

»Argos3D-P330« ist laut Hersteller Becom Group die derzeit schnellste ToF-Kamera der Welt.

Embedded Vision ist in aller Munde – aber auch in Sachen 3D-Bildverarbeitung, Bildsensor-Auflösung, Miniaturisierung sowie Datenübertragungs-Bandbreite und -Distanz bleibt die Entwicklung nicht stehen, wie die folgenden Beispiele zeigen.

Die industrielle Bildverarbeitung goes embedded: Von Kameramodulen über Processing-Boards bis hin zur passenden Software ist mittlerweile alles erhältlich, was zur Erstellung von Embedded-Vision-Systemen für alle möglichen Anwendungen erforderlich ist. Aber auch unabhängig vom Embedded-Trend geht die Entwicklung weiter: Time-of-Flight-3D-Kameras erfassen unabhängig von bestimmten Rahmenbedingungen immer mehr Punktwolken von Objekten in immer kürzerer Zeit und kommen ohne bewegliche Teile aus. Bilddaten lassen sich jetzt mittels 10-Gbit/s-Ethernet und Glasfaserkabel über Distanzen bis 10 km übertragen. Und hohe Bildsensor-Auflösungen und Kompaktheit sind längst kein Widerspruch mehr.

Time-of-Flight-Kameras (ToF) lassen autonome Autos „sehen“, zählen die Fahrgäste in Bahn- und Bus-Terminals in Echtzeit oder erhöhen die Flexibilität von Industrieanlagen. Sie nutzen lichtbasiertes Radar (Lidar) zur Erfassung der Umgebung in 3D für Anwendungen in der Auto-, Industrie-, Medizin- und Gebäude-Technik. Als Hersteller industrieller ToF-Kameras hat der E2MS-Anbieter Becom Group die laut dem Unternehmen derzeit schnellste ToF-Kamera der Welt im Produktprogramm, die „Argos3D-P330“.

3D-Kameras, die auf der ToF-Technik beruhen, liefern Tiefeninformationen und Intensitätsdaten für jeden Bildpunkt (Grauwerte). Ihr aktives Beleuchtungsmodul sendet moduliertes Licht im Nah-Infrarot-Bereich aus. Das im Sichtfeld befindliche Objekt reflektiert unabhängig von seiner Farbe und Struktur das Licht über das Objektiv auf den Sensor. Über die Lichtlaufzeit des reflektierten Signals werden die Abstandsdaten zum Objekt für jeden Bildpunkt unabhängig ermittelt, wobei die Phasenverschiebung berücksichtigt wird. Das Ergebnis des Messzyklus ist eine 3D-Punktwolke, die Intensitätsdaten für jeden Bildpunkt enthält. Objekte und deren Position, Hindernisse oder Volumina lassen sich folglich rasch ermitteln. Die ToF-Kameras von Becom bewältigen bis zu 160 Messzyklen pro Sekunde.

»Die ToF-Technik erlaubt eine robuste Erfassung – unabhängig von der Umgebung, egal ob es hell oder dunkel ist oder ob es sich um unbekannte Materialien wie Chromteile oder Gummidichtungen handelt, die schwierig zu erfassen sind«, erläutert Dr. Gregor Novak, technischer Geschäftsführer bei Becom Systems. »ToF ist mittlerweile in den Entwicklungshäusern der großen Unternehmen angekommen und hält Einzug in die Industrie. Unsere ToF-Kamera Argos3D-P330 kommt in Logistik, Medizin und Automatisierung zum Einsatz. Mit der Kamera decken wir die Anforderungen in den einzelnen Bereichen vollständig ab, was die Auflösung, die Reichweite und den Öffnungswinkel betrifft.« Je nach Kundenwunsch und Anforderungen stellt Becom sowohl Standardprodukte als auch kundenspezifische Produkte bereit, die durchwegs inhouse validiert, hergestellt, getestet und kalibriert werden.

Die Argos3D-P330 bietet einen hochauflösenden Tiefensensor in Kombination mit einem 2D-CMOS-Sensor. Der intelligente Tiefensensor liefert Tiefeninformationen und Grauwert-Bilddaten für mehr als 100.000 Pixel gleichzeitig. Eine optionale 2D-Kamera erfasst Szenen in Farbe mit einer Auflösung von bis zu 1280 × 720 Bildpunkten und ermöglicht die Analyse von 3D-Tiefendaten in Kombination mit 2D-Daten. Die tatsächliche Reichweite beträgt mehr als 10 m in Innenräumen und bis zu 3 m im Freien mit einem Sichtfeld von 80°. Der 2D- und 3D-Datenstrom wird von einer Gigabit-Ethernet-Schnittstelle bereitgestellt, die über eine PoE-Funktion verfügt.