Irritationsfreie GOBO-Projektion für die schnelle Echtzeit-3D-Bildaufnahme

Die technische Entwicklung einer Vielzahl von Geräten (z.B. Smartphones, Automobiltechnik, Medizintechnik) geht rasch voran. Dadurch wird der Begriff Industrie 4.0 zum Schlagwort eines revolutionären Wandels in der Produktionstechnik, wodurch ein grundlegender Wandel bisheriger Interaktionen zwischen Mensch und Maschine erforderlich wird. Der Umgang des Menschen mit Maschinen soll natürlich werden, sicher, interaktiv und effizient. Die Entwicklung einer neuen Generation von leistungsstarken, interaktiven und photonischen Sensorprinzipien, die vor allem ohne Irritation durch unnatürliche Beleuchtung Szenen oder Personen latenzfrei erfassen müssen, geht damit einher.

Das Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF in Jena hat einen neuen 3D-Sensor entwickelt, welcher auf schneller Projektion und Detektion von Mustern bei einer Wellenlänge von 850 nm basiert. Dabei erfolgt die Messung durch den Übergang vom sichtbaren Spektralbereich zum für den Menschen nicht wahrnehmbaren nahen Infrarot (NIR) komplett irritationsfrei. Ferner werden mit Hilfe einer zusätzlichen RGB-Kamera parallel zur 3D-Messung Farbinformationen gewonnen. Der neue 3D-NIR-Sensor kann daher beispielsweise zur Erfassung der Körperhaltung, Gestik oder Mimik für die Mensch-Maschine-Interaktion eingesetzt werden. Zusätzliche attraktive Anwendungsszenarien sind interaktive Trainingssysteme, Fahrzeuginnenraumüberwachung, Sicherheitstechnik im öffentlichen Raum sowie Bewegungsanalysen am Menschen (Kinesiologie).

Der neue Sensor besitzt dabei einen NIR-GOBO-Projektor als Projektionssystem zur irritationsfreien, dreidimensionalen Erfassung schneller, dynamischer Szenen. Dabei wird eine Abfolge bestimmter Muster auf die Person projiziert und von einem Stereokamerasystem beobachtet. Durch Korrelation der Kamerabilder und anschließende Triangulation können hochgenaue 3D-Punktewolken generiert werden. Die Sensorgröße beträgt ca. 300 x 190 x 100 mm3 und ermöglicht entsprechend der Optik einen variablen Arbeitsabstand sowie eine Messfeldgröße >500 x 500 mm2. Zurzeit werden Live-Messungen mit 36 Hz 3D-Rate und zusätzlicher Farbinformation erreicht.

Live-Messung mit 36 Hz 3D-Rate
© Fraunhofer IOF

Live-Messung mit 36 Hz 3D-Rate

Sensorkopf des 3D-NIR-Scanners
© Fraunhofer IOF

Sensorkopf des 3D-NIR-Scanners

Farbinformation
© Fraunhofer IOF

Farbinformation

Falschfarbendarstellung der 3D-Daten
© Fraunhofer IOF

Falschfarbendarstellung der 3D-Daten