Der Photomischdetektor zur schnellen 3D-Vermessung für ...

Einleitung
Die Vermessung von 3D-Szenen erlangt in vielen Bereichen der Automatisierungstechnik
sowie des Transport- und Verkehrswesens zunehmende Bedeutung. Diese Entwicklung
wird besonders im Automobilbereich deutlich, wobei die derzeitigen Schwerpunkte
in der Maximierung des Insassen- und Fußgängerschutzes liegen. Das langfristige Ziel
besteht in der Realisierung eines möglichst unfallfreien Verkehrs.
In den letzten Jahren wurden verschiedene technologische Ansätze von Ultraschallüber
Radarsensoren bis hin zu optischen Sensoren umgesetzt, um diese Ziele zu erreichen.
Nichtoptische Ansätze zeichnen sich entweder durch einen niedrigen Preis oder
durch die Umgehung der Abdeckungsproblematik aus. Wenn es allerdings erforderlich
wird, Methoden der Bildverarbeitung anzuwenden, dann werden aufgrund ihres hohen
Potenzials hinsichtlich der lateralen Auflösung optische Sensoren notwendig.
Neben der Kombination von hochaufgelösten 2D-Sensoren wie CMOS- oder CCD-
Kameras zu Stereokameras werden in erster Linie sogenannte LADAR/LIDAR 1 -Systeme
für die Entfernungsmessung favorisiert. Diese Sensoren basieren auf dem Prinzip der
optisch inkohärenten Laufzeitmessung, der sogenannten Modulationsinterferometrie,
bei der das von der zu vermessenden Szene reflektierte amplitudenmodulierte Beleuchtungslicht
in Bezug auf Phasenverzögerungen des Modulationssignals aufgrund von
unterschiedlichen Laufwegen ausgewertet wird. Diese Auswertung basiert generell auf
der Evaluierung einer Korrelation als Ergebnis des Mischprozesses zwischen der Modulation
des einfallenden optischen Signals und dem entsprechenden Referenzsignal.
Die verschiedenen Vertreter dieser Messmethode unterscheiden sich einerseits darin,
ob ein mechanischer Scanner eingesetzt wird und andererseits in der jeweiligen Realisierung
dieser Signalmischung. In Pulslaufzeitsystemen wird der kurze optische Impuls
mit dem darauf abgestimmten Detektionsfenster eines Shutterdetektors korreliert. Bei
konventionellen Systemen der Phasenlaufzeitmessung wird der Mischprozess auf elektrischem
Wege realisiert, nachdem das optische Signal über eine Photodiode elektrisch
gewandelt worden ist. In neueren Varianten erfolgt die Mischung vor der eigentlichen Signaldetektion
über Intensitätsmodulation, die entweder verstärkenden (micro-channel
plate [AGPD93]) oder dämpfenden Charakter (Pockelszellen [Xu99]) annehmen kann.
Der im Rahmen dieser Arbeit untersuchte und von Prof. Dr.-Ing. R. Schwarte 1996
patentierte [Schw97] Photomischdetektor (PMD) stellt eine neuartige innovative Möglichkeit
zur Ermittlung der Korrelation dar, bei welcher der Mischprozess zeitgleich mit
der Detektion in einem einzigen optoelektronischen Bauelement realisiert wird.
1 Laser/Light Detection and Ranging
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