Time-of-Flight
Time-of-Flight (ToF) Kameras erfassen 3D-Daten auf einem physikalisch anderen Weg. Zunächst wird ein Lichtimpuls ausgesendet, der von einem Objektpunkt reflektiert und von der ToF-Kamera wieder aufgenommen wird. Aus der gemessenen Laufzeit zwischen Aussendung und Empfang des reflektierten Signals kann die Distanz zwischen Kamera und Objektpunkt relativ genau bestimmt werden. Da für jedes Pixel des ToF-Sensors die Laufzeit des kodierten Lichtimpulses gleichzeitig gemessen wird, ist eine 3D-Aufnahme der untersuchten Objekte möglich.
Die ToF-Technologie bringt zahlreiche Vorteile mit sich. Dazu zählt unter anderem, dass die 3D-Daten in einem Schuss vom ToF-Sensor generiert und damit hohe Bildwiederholraten möglich sind. Eine ToF-Kamera ist ein fertig kalibrierter 3D-Sensor zur sofortigen Verwendung am Einsatzort. Zudem sind die Kameras sehr kompakt in der Bauform und robust gegen Vibrationen und Schocks, was ihren Einsatz auch an Roboterarmen oder fahrerlosen Transportsystemen zulässt. Einfallendes Tageslicht und Reflexionen können sich hingegen negativ auf die erzielbaren Ergebnisse von ToF-Systemen auswirken.
Ein leistungsfähiger Vertreter der ToF-Technologie ist die industrielle 3D-Kamera Basler blaze. Mit nur einer Aufnahme liefert der integrierte High-End ToF-Sensor IMX556 Sensor von Sony 2D- und 3D-Daten, sodass sich Höhen- und Grauwertinformationen parallel auswerten lassen. Der Sensor und die integrierten Laserdioden der Kamera arbeiten bei einer Wellenlänge von 940nm, ein Bereich, in dem das Spektrum der Sonne eine Lücke aufweist. So ermöglicht die Kamera auch Außenaufnahmen mit einer Auflösung von 640×480 Pixeln bei einer Genauigkeit von +/-5mm. Einsatzbar ist das System für Arbeitsbereiche von 0 bis 10m.
Fazit
Die drei Verfahren zur 3D-Bildaufnahme zeichnen sich durch unterschiedliche Merkmale, Stärken und Schwächen aus. Das „eine ideale“ Verfahren existiert somit nicht, zu unterschiedlich sind die technischen Leistungsdaten, zu verschieden die Anforderungen an die zu untersuchenden Objekte und die Aufnahmebedingungen. Letztendlich haben auch die Kosten Einfluss auf die jeweils optimale Lösung für eine Aufgabenstellung. Bei Kenntnis der spezifischen Anwendung und deren Anwendungsumgebung ist jedoch eine sinnvolle Auswahl des am besten für die vorliegende Aufgabe geeigneten 3D-Verfahrens möglich. So ist das Lasertriangulationsverfahren sehr gut für 3D-Präzisionsaufnahmen, um beispielsweise bestückte Elektronikboards exakt zu inspizieren. Stereovision-Systeme sind prädestiniert für die Aufnahme größerer Szenen und werden unter anderem bei Indoor- und Outdoor-Navigationsanwendungen häufig eingesetzt. Die ToF-Technologie spielt ihre Stärken speziell in Logistik-Anwendungen aus, wo aufgrund der hohen Stückzahlen ein starker Kostendruck vorhanden ist, die Messgenauigkeit z.B. bei der Paketsortierung jedoch nicht entscheidend ist.
Mit leistungsfähigen Produkten aus allen drei genannten 3D-Technologien und einer langjährigen Beratungskompetenz aus zahlreichen 2D- und 3D-Bildverarbeitungsprojekten unterstützen die Bildverarbeitungsexperten von Rauscher Anwender bei der Realisierung ihrer 3D-Vision-Lösungen. Mit ausgiebigen Tests, detaillierten Voruntersuchungen und bei Bedarf auch der Entwicklung von Demonstratoren ermöglicht das Engineering-Team des Unternehmens effektive und wirtschaftliche Lösungen für die 3D-Bildverarbeitung.
