Was ist eine 3D-Kamera?
Eine 3D-Kamera ist eine Kamera, die dreidimensionale Bilder in drei Dimensionen aufnehmen kann.
3D-Kameras werden in fortschrittlichen Technologien wie selbstfahrenden Autos und autonomen Robotern eingesetzt.
Anwendungen von 3D-Kameras
3D-Kameras werden in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt, in denen eine dreidimensionale Objekterkennung erforderlich ist, z. B.:
1. Selbstfahrende Autos
Automatisch fahrende Fahrzeuge sind mit vielen Sensoren, darunter 3D-Kameras, ausgestattet, um ein sicheres Fahren zu gewährleisten. Verschiedene Arten von 3D-Kameras werden in Kombination verwendet, um unterschiedlichen Situationen gerecht zu werden.
2. Robotersteuerung
Autonome fahrerlose Transportfahrzeuge (AGVs) und verschiedene Roboter sind mit 3D-Kameras ausgestattet.
3. Logistik
Zahlreiche 3D-Kameras werden in Logistikzentren installiert, wo sie zum Messen der Abmessungen von Paketen, zum Kommissionieren, Sortieren und Zählen eingesetzt werden.
4. Verbrauchergeräte
Auch Smartphones sind mit 3D-Kameras ausgestattet, die problemlos dreidimensionale Bilder aufnehmen können. Es gibt auch Bildanalysesysteme, die 3D-Kameras zur Überwachung und Verbrechensbekämpfung einsetzen. Es wird erwartet, dass sich diese in Zukunft weiter verbreiten werden.
Funktionsweise von 3D-Kameras
3D-Kameras gibt es in verschiedenen Aufnahmetechniken, wobei jede eine andere Funktionsweise hat:
1. Stereotyp
Stereotypen funktioniert nach dem gleichen Prinzipien wie das menschliche Auge. Das Objekt wird von mehreren Kameras fotografiert. Die Tiefeninformationen werden mithilfe der Triangulationsmethode erfasst. Der Abstand zwischen dem Objekt und dem Brennpunkt wird aus dem Abstand zwischen den beiden Kameras, der Brennweite des Objektivs und der Parallaxe berechnet.
Der Vorteil des Stereotyps ist die Stabilität. Sie verfügt über ein räumliches Verständnis, das der menschlichen Wahrnehmung ähnelt. Sie kann Entfernungen stabil und in Echtzeit messen. Auf der anderen Seite haben Stereokameras den Nachteil, dass sie vor ihrer Verwendung kalibriert werden müssen. Die Kalibrierung erfolgt durch Veränderung der Kameraposition und Aufnahme bekannter Muster.
Ein weiterer Nachteil ist, dass eine Verarbeitung wie Verzerrungskorrektur, Parallelisierung und Bildnormalisierung erforderlich ist, was den PC stark belastet. Stereokameras können für Fahrzeugkameras für das automatische Fahren verwendet werden, da sie auch im Freien eingesetzt werden können.
2 ToF-Typ
Der ToF-Typ ist eine Abkürzung für „Time of Flight“ (Flugzeit). Die Tiefe wird anhand der Zeit berechnet, die das eingestrahlte Licht benötigt, um vom Objekt reflektiert zu werden und zur Kamera zurückzukehren. Sie verwendet eine in die Kamera integrierte Lichtquelle.
Die für den ToF-Typ verwendete Lichtquelle ist entweder gepulstes oder kontinuierliches Licht. Bei gepulstem Licht wird die Entfernung aus der Zeit berechnet, die das reflektierte Licht braucht, um zurückzukehren, während bei kontinuierlichem Licht die Entfernung aus der Phasendifferenz zwischen der Lichtquelle und dem reflektierten Licht berechnet wird.
Der Vorteil des ToF-Typs ist sein großer Aufnahmeabstand. Ein weiterer Vorteil ist die hohe Bildrate, die Möglichkeit, in dunklen Bereichen zu fotografieren, sowie die geringen Kosten des Systems. Der Nachteil dieses Typs ist, dass der Sensor der Kamera auch auf Sonnenlicht reagiert, was das Filmen im Freien erschwert. Sie wird in Innenräumen für Kommissionierroboter, beim Verpacken von Kartons und bei der Volumenmessung eingesetzt.
3. Typ mit strukturierter Beleuchtung
Bei der strukturierten Beleuchtung sind Lichtquelle und Kamera getrennt, und die 3D-Kamera erfasst die Verzerrung des vom Objekt reflektierten Lichts zur Berechnung der Tiefenabmessungen. Die Lichtquelle ist eine Beleuchtung mit einem Muster aus Linien, Gittern, Punkten usw. Wenn sie auf das Objekt trifft, wird das gemusterte Licht entlang der Unebenheiten verzerrt.
Es gibt eine Methode, bei der ein Laser als Lichtquelle verwendet wird. Dabei wird ein Laserstrahl in Form von Punkten auf das Objekt gestrahlt. Jeder Punkt wird von einer Kamera gemessen. Der Vorteil der strukturierten Beleuchtung besteht darin, dass die Abbildung im Vergleich zur Stereo- und ToF-Methode präziser ist und für die Abbildung feiner Industrieteile und anderer Objekte, bei denen Präzision erforderlich ist, eingesetzt wird.
Nachteilig ist, dass zusätzlich zur Kamera ein separater Lichtquellenprojektor benötigt wird, dass die Kamera nicht sehr kompakt ist und dass sie nicht für den Außeneinsatz geeignet ist.
Weitere Informationen zu 3D-Kameras
1. Vermessung
Die Messung mit 3D-Kameras findet eine breite Anwendung in bisher unerforschten Bereichen. Diese Messung verbessert die Arbeitsfähigkeit und die Sicherheit, da man nicht vor Ort messen, sondern nur fotografieren muss. Durch Bildanalyse kann problemlos in Bereichen gemessen werden, die für ein Maßband unzugänglich oder man Gefahren ausgesetzt ist.
Die vor Ort gesammelten Daten können in der Messsoftware analysiert und zur Messung des Abstands zwischen zwei Punkten, des kürzesten Abstands zwischen einem Punkt und einer geraden Linie, des kürzesten Abstands zwischen einem Punkt und einer Fläche, zur Flächenmessung, zur Winkelmessung usw. verwendet werden. Dadurch kann bei der Feldarbeit Zeit gespart und vergessenen Messungen vorgebeugt werden. Bei Erhebungen zum kulturellen Erbe wird es für die digitale Archivierung wertvoller Kulturgüter eingesetzt, da detaillierte Daten gewonnen werden können, ohne diese zu berühren.
2. 3DVR-Kameras
3DVR-Kameras sind omnidirektionale Kameras, die einen Bereich von 360° erfassen können, sowohl hinter als auch vor dem Fotografen. Es gibt zwei Arten von Kameras: Fulldome- und Hemisphärenkameras.
Die hemisphärische Kamera verwendet zwei Ultraweitwinkel-Fischaugenobjektive, um zwei Bilder aufzunehmen, die dann automatisch zusammengesetzt werden. Mit dieser Technologie kann die Kamera eine 360°-Ansicht nach oben, unten, links und rechts aufnehmen.
Hemisphärische Kameras verwenden ein einziges Ultraweitwinkel-Fischaugenobjektiv, um eine Hemisphäre aufzunehmen, und durch die Kombination von zwei hemisphärischen Kameras kann das Filmmaterial nach der Aufnahme bearbeitet werden, um ein 360°-Bild zu erstellen.