3D-Technologien auf dem Vormarsch ... - GIT Verlag

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Gipfelstürmer
Neue 3D-Kamera für die Lasertriangulation
Die industrielle Bildverarbeitung ist in den letzten 20 Jahren zu
einer festen Größe in der Industrie geworden. Nach wie vor
boomt insbesondere der Kamera-Markt mit jährlichen Wachs-
tumsraten von um die 15 %. Der neueste Trend in der Applikation
geht hin zur 3D-Inspektion.
Mit der neuen MV-D1024E-3D01-160-CL lassen
sich 2.445 Profile/s bei einer Auflösung von
1024x32 Pixeln aufnehmen
Eine kleine Revolution in der 3D­Kamera­Technologie
verspricht die Firma
Photonfocus aus der Schweiz. Das Unternehmen
am Zürichsee ist spezialisiert
auf die Entwicklung und Herstellung von
Bildsensoren und Kameras in der CMOS­
Technologie.
Mit der MV­D1024E­3D01­160­CL präsentieren
die Schweizer ihre neueste Entwicklung,
eine für die Lasertriangulation
optimierte Kamera, die in der Präzision
ihrer Scangenauigkeit alle bestehenden
Systeme in den Schatten stellt. Die Kombination
der patentierten LinLog­Technologie
in den CMOS­Sensoren von Photonfocus
mit einem neu entwickelten
Algorithmus zur verbesserten Laserstrahldetektion
des spanischen Entwicklungspartners
Aqsense erlaubt ein genaueres
und robusteres 3D­Scannen von
Objekten, als es mit bisher auf dem Markt
erhältlichen Lösungen möglich war.
Zusätzliche Einsatzmöglichkeiten
Der Product Manager der Photonfocus
AG, Dipl. El. Ing. FH Ricardo Rodrigo,
sieht die Effizienz in erster Linie in der
Kombination des LinLog mit dem neuen
Peak Detector­Algorithmus. „Wir sehen
unsere Kamera nicht im
direkten Wettbewerb zu
anderen Produkten im
3D­Markt. Unser Ziel ist
es vielmehr, mit dieser
Entwicklung einen Bereich
des 3D­Marktes abzudecken, in dem
aktuell erhältliche 3D­Lasertriangulationslösungen
durch störende Reflexionen,
geforderte Genauigkeiten usw. nicht eingesetzt
werden können. Ins besondere
sind dies Applikationen, bei welchen mit
einer mittleren Scan­Geschwindigkeit und
wechselnden Oberflächeneigenschaften
des Materiales mit sehr grosser Exaktheit
vermessen werden muss.“
LinLog-Technologie
Im Gegensatz zu marktüblichen Bildsensoren
mit einer linearen Kennlinie,
ermöglichen die CMOS­Sensoren von
Photonfocus eine frei einstellbare linearlogarithmische
Kennlinie. Auf diese Pixelarchitektur
hält Photonfocus ein Patent.
Die Einstellung der LinLog­Kennlinie geschieht
dabei direkt im Pixel und basiert
somit nicht auf Software oder Korrekturen
in der Kamera. Das bedeutet, dass
sich der Dynamikbereich des Sensors damit
auf rund 120 dB erhöht. Dies macht
sich die neue 3D­Kamera zunutze, indem
sich die Laserlinie auch auf anspruchsvollen
Oberflächen wesentlich genauer abbilden
lässt und eine Sättigung des Sensors
vermieden werden kann. Somit
bleiben in den Bildsignalen die Subpixelinformationen
auch bei hohen Reflexionen,
der zu untersuchenden Oberfläche,
erhalten. Auf stark reflektierenden Oberflächen,
wie z. B. Metallen, aber auch auf
absorbierenden Materialien, wie z. B. Leder,
lässt sich so die Laserlinie exakt darstellen.
Zudem wird dadurch eine Kombination
aus 2D­ und 3D­Inspektion in nur
einem Scan ermöglicht.
Ein Vorteil dieser Technologie ist es,
dass auch bei sich ändernden Oberflächen
keine Nachjustage mehr erforderlich
wird.
„COG“ versus „Peak Detector“
Am Markt verfügbare 3D­Kameras setzen
einen rechenintensiven Algorithmus
ein, der mehrere Punkte über dem eingestellten
Schwellwert entlang der Laserlinie
abtastet und den gewichteten Schwerpunkt
(Center of gravity – COG) der
Gauß’schen Kennlinie berechnet. Diese
Methode hat aber folgende Nachteile:
1. Die Methode des gewichteten COG
kann durch „Rauschen“ negativ beeinflusst
werden, womit sich die berechneten
Maxima weit weg vom realen
Maximum befinden können.
2. Das Profil einer Laserlinie wird in den
meisten Fällen, je nach Oberfläche,
eine nicht symmetrische Gaußverteilung
annehmen. In diesen Fällen ist
das Resultat des COG mit einem systematischen
Fehler behaftet.
Der neu entwickelte „Peak“ Algorithmus
besteht darin, den maximalen Wert der
Gauß´schen Kennlinie anhand der beiden
Pixel mit maximaler Intensität zu ermitteln.
Die damit erreichbare Genauigkeit
liegt um ein vielfaches höher als mit
dem COG­Algorithmus.
Beispiel 2D-/3D-Inspektion in einem Bild
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