Ein Bildgeber und Distanzsensor für Automotive und Industrie

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Zusatznutzen durch Tiefenbildberechnung

Die Algorithmen für die Tiefenbildberechnungen der DAKARA-Kameramatrix entwickelt der Forschungsbereich Augmented Vision (AV) am Deutschen Forschungszentrum für Künstliche Intelligenz (DFKI) in Kaiserslautern. Da solche Berechnungen sehr rechenintensiv sind, ist eine enge Integration der Kameramatrix mit einem eingebetteten Prozessor erforderlich, um Echtzeitanwendungen zu ermöglichen.

Auf diese Weise sind die Tiefenbildberechnungen Ressourcen-schonend und in Echtzeit in der elektronischen Funktionsebene des Kamerasystems möglich. Weiterhin können auf dem eingebetteten Chip verschiedene Applikationen zur Weiterverarbeitung der generierten Bilddaten in einem Anwendungsszenario ablaufen.

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Mögliche Applikationen profitieren maßgeblich davon, dass ihnen neben der Farbinformation auch die Tiefeninformation ohne weitere anwendungsseitige Berechnungen zur Verfügung stehen. Durch die ultrakompakte Bauweise ist es möglich, die neue Kamera in sehr kleine oder filigrane Bauteile zu integrieren und dort als berührungslosen Sensor zu nutzen.

Der Aufbau der Kameramatrix ist rekonfigurierbar, sodass in Abhängigkeit der Anwendung auch ein spezielleres Layout, beispielsweise eine L-Form, möglich wird. Auch die Tiefenbildberechnung ist rekonfigurierbar und somit in der Lage, auf bestimmte Anforderungen an die Tiefeninformation einzugehen.

Eine der Innovationen des DAKARA-Projekts stellt das ultrakompakte, energieeffiziente und rekonfigurierbare Gesamtsystem dar, das sowohl Farb- als auch Tiefenbilder bereitstellt. Vergleichbare Systeme, die sich auch im Produktiveinsatz wiederfinden, sind in der Regel aktive Systeme, die Licht aussenden und so die Tiefe berechnen.

Laserscanner emittieren beispielsweise einen Laserstrahl und bestimmen die Entfernung eines bestimmten Punktes aus dem Zeitversatz bis die Reflexion des Strahls wieder beim Gerät eintrifft. In statischen Umgebungen können mit Hilfe von bewegten Spiegeln 3D-Punktwolken erstellt werden. Allerdings sind diese Geräte verhältnismäßig teuer und tendenziell unflexibel zu handhaben.

Aktive Tiefenkameras sind ebenfalls in der Lage, in Echtzeit 3D-Informationen in Form von Tiefenbilden zu erfassen. Dazu messen sie entweder ebenfalls Zeitversätze in Lichtimpulsen (Time-of-Flight) oder senden ein Punktemuster aus. Diese Kameras sind zwar ähnlich flexible wie die DAKARA-Kameramatrix, haben jedoch einen erheblich höheren Energieverbrauch und sind durch Sonneneinstrahlung stark beeinflussbar.

Als passive Tiefenkamera kann auch eine Stereokamera gesehen werden. Sie besteht aus zwei fest nebeneinander angeordneten Farbkameras. Ein Algorithmus bestimmt dann korrespondierende Pixel der beiden Kameras, woraus sich ein Tiefenbild berechnen lässt. Im Vergleich zur DAKARA-Kameramatrix ist dieses Verfahren allerdings wesentlich fehleranfälliger, da sämtliche Redundanzen fehlen. Insbesondere an Objektkanten, aber auch im gesamten Tiefenbild, sind wesentliche Qualitätsunterschiede sichtbar.

DAKARA bietet erstmals eine passive Kamera, die mit einer ultrakompakten Bauform, hohen Bildraten, rekonfigurierbaren Eigenschaften und geringem Energieverbrauch überzeugt, dabei das Forschungsstadium verlässt und in den Produktiveinsatz bei namhaften Anwendern aus unterschiedlichen Domänen geht.

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