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Highspeed-3D-Vision-Sensor mit LabView-Anbindung

3D-Vision-Sensoren auf der Basis von Laufzeitmessung bieten neue Möglichkeiten und Lösungswege bei komplexen, räumlichen Messaufgaben. Auch unter Time-of-Flight (ToF) bekannt, enthält bei diesem optischen Messprinzip jeder einzelne Pixel neben dem Graustufenwert zusätzlich eine Tiefeninformation und damit den exakten Abstand zum Objekt. Eine neue Klasse kleinster 3D-Hochgeschwindigkeitssensoren lässt sich jetzt nahtlos in die grafische Entwicklungsumgebung LabView einbinden.
Dort nutzt der Anwendungsentwickler mächtige Mathematik- und Analysefunktionen sowie 2D/3D-Bildverarbeitungsbibliotheken fürs Rapid Prototyping und die anschließende Produktentwicklung. Das Ergebnis sind vernetzbare, smarte 3D-Visionmessgeräte zum Überwachen, Detektieren, Zählen, Messen, Steuern – realisiert im Bruchteil der heute üblichen Entwicklungszeit.

Messung unabhängig vom Umgebungslicht

Bei herkömmlichen Verfahren wie Stereoaufnahmen oder Lasertriangulation muss die Distanz zum Objekt mit komplexen, zeitaufwendigen Algorithmen berechnet werden. Im ToF-Verfahren wird sie Pixel für Pixel auf Hardware-Level gemessen. Das geschieht in Echtzeit und simultan bis zu 160Hz für die gesamte Bildauflösung von 120×160 Pixeln. Daraus resultiert eine dynamische 3D-Punktwolke mit exakten X/Y/Z-Koordinaten für jeden einzelnen Datenpunkt. Typische Sichtfelder sind 90° bei einem Messbereich zwischen 0,5…5m und einer Auflösung im mm-Bereich. Neben der Distanzinformation steht zeitgleich ein Graustufen-Amplitudenbild zur Verfügung. Das Messprinzip gleicht dem Radar. Nur wird anstelle des Schalls moduliertes Licht in einem Frequenzbereich zwischen 5 und 30MHz in die Umgebung gesendet, dort von Objekten reflektiert und im Sensor wieder erfasst. Aus der Phasenverschiebung zwischen gesendetem und empfangenem Licht, zusammen mit bekannter Modulationsfrequenz und der Lichtgeschwindigkeit lässt sich die exakte Distanz zwischen Sensor und Objekt berechnen. Die Wellenlänge der IR-Beleuchtung liegt bei 850nm. Die Messung ist also unabhängig vom Umgebungslicht und funktioniert damit auch in völliger Dunkelheit.

Rapid Prototyping von 3D-Vision

Die generierte Punktwolke einer Umgebung steht nun in der LabView-Umgebung als mathematische Matrix zur Verfügung. Der nächste Schritt besteht darin, 3D-Vision-Ideen in einen funktionierenden Prototypen umzusetzen. Die LabView ‚Komfortzone‘ soll dabei bewusst den Spieltrieb des Entwicklers wecken und ihm so den Blick über den Tellerrand ermöglichen. Dazu stehen Werkzeuge in Form von 2D- und 3D-Bildverarbeitungsfunktionen zur Verfügung. Typische Funktionen sind Filtern, Suchen nach Primitiven und deren räumliches Vermessen, 3D-Matching mit CAD-Schablonen, 3D-Transformationen oder das Kombinieren mehrerer Punktwolken zu einem Gesamtbild. Darüber hinaus lassen sich dank LabViews C/C++ Schnittstelle freie 3D-Vision-Bibliotheken, z.B. PCL (Point-of-Cloud Library) oder OpenCV (Open Source Computer Vision) nutzen. Sogar als M-Scripts geschriebene Bildverarbeitungsalgorithmen finden ihren Weg per Copy&Paste ins LabView-Blockschaltbild.

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Thematik: Allgemein
Schmid Elektronik AG
www.schmid-elektronik.ch

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