3D-Bildverarbeitung für die Produktion Neue Höhenflüge durch Time-of-Flight

Mike Gonschior, ifm electronic: »Mit Time-of-Flight-Systemen von ifm lässt sich eine komplette Szene auf einmal aufnehmen.«
Mike Gonschior, ifm electronic: »Mit Time-of-Flight-Systemen von ifm lässt sich eine komplette Szene auf einmal aufnehmen.«

Misst man die Zeit, die ein Lichtimpuls von seiner Aussendung bis zu einem Objekt und zurück benötigt, so kann man daraus die Distanz bis zu diesem Objekt berechnen. Die zugehörige Technologie heißt Time-of-Flight (ToF) und ermöglicht effiziente Anwendungen in der industriellen Bildverarbeitung.

Time-of-Flight – der Name dieser Technologie klingt wie ein Fachbegriff aus dem Luftverkehr, und tatsächlich ist die „Reisezeit“ des Lichts Grundlage für ToF-Systeme. Die auch als Laufzeitverfahren bekannte Messmethode beruht auf der Zeit, die das Licht benötigt, um eine bestimmte Strecke zurückzulegen. Dabei ist die benötigte Zeit direkt proportional zur Distanz. Durch die Messung der Zeitverzögerung zwischen dem ausgesendeten und dem von einem Sensor detektierten zurückgeworfenen Lichtimpuls lässt sich die Distanz vom reflektierenden Objektpunkt zum Sensor relativ genau bestimmen.

Dieses Prinzip ist die technische Basis für ToF-Kameras, die im Gegensatz zu anderen Methoden wie etwa Lasertriangulation, Stereovision-Systemen oder Ultraschallverfahren eine relativ junge Entwicklung sind und zunehmend auch in industriellen Anwendungen zum Einsatz kommen. Durch das Aussenden von flächigem Licht ist es dabei möglich, nicht nur den Abstand einzelner Bildpunkte zu erkennen, sondern dreidimensionale Aufnahmen von Objekten zu machen: 3D-Kameras messen die Zeit, die das Licht bis zum Objekt und wieder zurück braucht, für jeden einzelnen Objektpunkt und können somit die Entfernungen der Objektpunkte zum Sensor bestimmen. Durch die Zusammenfassung aller Einzelmessungen entsteht so ein 3D-Ergebnis für das komplette Objekt.

Zentraler Unterschied zu anderen Technologien

Die Messergebnisse von ToF-Kameras lassen sich auch mit anderen ToF-Technologien wie Laserscannern und LIDAR-Systemen (Light Detection and Ranging) oder mit LADAR-Systemen (Laser Detection and Ranging) erzielen. Allerdings mit einem gravierenden Unterschied, wie Mike Gonschior, Produktmanager für die Vision-Aktivitäten des Essener Unternehmens ifm electronic, erläutert: »Mit Time-of-Flight-Systemen von ifm lässt sich eine komplette Szene auf einmal aufnehmen. Es muss weder zeilenweise abgetastet werden, noch muss eine relative Bewegung zwischen Sensor und den betrachteten Objekten vorliegen wie bei alternativen Methoden. Diese Eigenschaften führen dazu, dass das ifm-Verfahren schneller ist als andere Technologien, die vergleichbare Ergebnisse liefern können.« LIDAR-Systeme werden derzeit auf ihre Eignung für den Einsatz in autonomen Fahrzeugen getestet, sind nach aktuellem Stand der Dinge aber entweder sehr teuer oder nicht sonderlich genau und darüber hinaus relativ groß. All diese Gründe führen nach Gonschiors Worten seit einiger Zeit zu einem regelrechten Höhenflug der ToF-Technologie.