Echtzeit-Tiefenmessung mit hochauflösender 3-D-Kamera

Fraunhofer-Allianz Vision

Die NET GmbH zeigt eine Tiefenmessung für hochauflösende Sensoren und hohe Bildwiederholraten in Echtzeit. Die Echtzeitfähigkeit wird durch den Einsatz eines Field Programmable Gate Array (FPGA) für die Disparitätsberechnung, welche die Basis für die Erstellung der Tiefeninformation eines Raumes ist, sichergestellt. Mithilfe des FPGAs können sehr schnelle Antwortzeiten erzielt werden.

Bei einem Stereo-Kamera-System werden zwei unterschiedliche Perspektiven derselben Szene aufgenommen. Daraus resultieren auch zwei leicht unterschiedliche Bilder. Der räumliche Versatz, der sich bei der Verwendung einer Stereo-Kamera zwischen korrespondierenden Punkten im linken und rechten Bild ergibt, wird »Disparität« genannt. Dieser Versatz ist umgekehrt proportional zur Entfernung des betrachteten Punkts in der Szene.

Mit der »Disparitätsberechnung« wird Tiefeninformation aus Stereobildern rekonstruiert.
Um eine Berechnung durchzuführen, wird das (Stereo-)Kamerasystem kalibriert (rektifiziert). Hiermit wird sichergestellt, dass sich das linke und das rechte Bild in der gleichen Ebene befinden und verzerrungs- und verzeichnungsfrei abgebildet werden. Erst dann kann die Berechnung erfolgen. Das Ergebnis der Berechnung ist ein Wert pro Pixel und lässt sich visuell als Tiefenkarte darstellen. Bild 2 zeigt nahe Bildpunkte in Weiß-Gelb und entfernte in Blau-Schwarz.

Der Einsatz eines FPGAs garantiert für jede Art der Bildverarbeitung die niedrigste Verzögerungszeit. Mit FPGAs lässt sich ein durchgängiger laufzeitoptimierter Datenfluss für rechenintensive Schritte der Bildverarbeitung speziell für zeitkritische Anwendungen realisieren. Die Verwendung eines FPGAs ermöglicht für einen 720p Sensor bei 60 Hz Bildwiederholrate (75 Mpixel/s) eine Berechnung von 64 Disparitäten mit weniger als 1 ms Verzögerung. Mit dieser Partitionierung des Gesamtsystems kann in Kombination mit SW die CPU bzw. DSP signifikant entlastet werden.

Anwendungsmöglichkeiten

Die Einsatzbereiche der Tiefenmessung in der Industrie und Fertigung oder auch in der Sicherheitstechnik sind vielfältig und flexibel, denn die Tiefeninformation ist die Basis für Systeme zur Objekterkennung, -identifikation und -verfolgung im dreidimensionalen Raum. Für diese Art von Systemen sind zudem kurze Ansprech- und Reaktionszeiten sehr wichtig.

Die Tiefenkarte kann beispielsweise die Detektion von Objekten in einem virtuellem 3-D-Schutzbereich unterstützen. Ebenfalls kann die Information zur Steuerung von Maschinen und Robotern dienen, die sich entsprechend der Position und Art des Objekts (Mensch- z. B. Finger/Hand/Arm oder Gerät) verhalten (abschalten, verlangsamen, zurückziehen etc.).

Bildquelle

  • NET New Electronic Technology GmbH

Aktualisierungsdatum

10.03.2011

Anlass

7. Sonderschau »Berührungslose Messtechnik« zur Control 2011