Text anzeigen (PDF) - bei DuEPublico

5 Zusammenfassung und Ausblick
136
Die hier vorgestellte 3D-CMOS-Kamera arbeitet nach dem Messprinzip der
Time-of-Flight. Es ermittelt die Flugzeit eines Laserpulses, die zwischen dem
Aussenden, der Reflexion am Objekt in der Szene und dem Eintreffen am
Pixel des Bildsensors vergeht und errechnet aus ihr einen Entfernungswert.
In den letzten Jahren war ein Trend zu verzeichnen, bei dem formerfassende
Messsysteme dreidimensionaler Objekte die Flugzeit des Lichts zum Bestimmen
der Entfernung benutzten.
Das integrierende Aktive-Pixel in CMOS-Technologie erlangte in dieser Zeit
auf diesem Anwendungsgebiet immer mehr an Bedeutung, weil wichtige Signalprozesse
wie das Correlated-Double-Sampling (CDS) On-Chip implementiert
und rauschärmere Schaltkreise in CMOS-Technologie gegenüber der
herkömmlichen CCD-Technik entwickelt werden konnten. Die Kamera verarbeitet
im CDS-Zyklus ankommende Laserpulse unabhängig vom Hintergrundlicht
zu einem Spannungsabtastwert. Es entstanden verschiedene Auswerteverfahren,
wie das Multiple-Short-Time-Integration (MDSI), das das
Entfernungsmessergebnis nach zwei CDS-Zyklen mit zwei unterschiedlich
langen Integrationszeiten und damit innerhalb kurzer Zeit bestimmt. Das
MDSI-Auswerteverfahren verhält sich unabhängig gegenüber verschiedenen
Bestrahlungsstärken am Sensor, wodurch Szenen mit variierenden Reflexionskoeffizient
erfassbar sind.
Die Weiterentwicklung des CMOS-Bildsensors, des Kamerasystems und der
Auswerteverfahren wurden innerhalb des MISSY-Projekts vom Fraunhofer-
Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme unter Leitung von
Herrn Prof. Hostichka, Ph.D, der Forschungsgruppe CT PS9 der Siemens AG
unter Leitung von Herrn Dr. Doemens bzw. Dr. Mengel sowie den Industriepartnern
B.E.R Group S.A und Baxall Ldt. vorangetrieben. Des weiteren unterstützte
die Information Society Technology das MISSY-Projekt.
Es findet eine Analyse der wesentlichen Bauelemente und Baugruppen statt,
bei der auf den Aufbau, die Funktion und wesentliche Einflussfaktoren der
Sensoroptik, der Photodiode, des MOS-FETs und des ADUs detailliert eingegangen
wird.
Das Kamerasystem glieder sich in einen optischen Signalpfad (Lasermodul,
Laseroptik, Szene und Sensoroptik) und einen elektrischen Signalpfad (4×32-
Pixelsensor mit Kameraplatine, PC mit SIT-Software und optionales Delay-
Element). Experimentelle Voruntersuchungen zeigen einen funktionalen Verlauf
der Spannungsabtastwertefolge, der sich durch das Verschieben des 30ns-
Laserpulses über das 30ns-Integrationsfenster einstellt. Der ermittelte Kurvenverlauf
weicht von dem aus idealen rechteckförmigen Laserpuls- und In-