Typische Anwendungsbereiche von 3D-Kameras:
1) Erkennung von Hindernissen und Durchführung einer „manuellen“ Navigation für autonome Fahrzeuge (z. B. Gabelstapler) in Industrieumgebungen
2) Robotergesteuertes Greifen oder Greifen von Teilen am Förderband
3) Durchführen einer Anwesenheits-/Abwesenheitserkennung, selbst wenn Objekte in Behältern/Kisten praktisch keinen Kontrast zum Hintergrund aufweisen, was eine Inspektion und Zählung ermöglicht
4) Positions- und An-/Abwesenheitsprüfung von Bauteilen auf Leiterplatten
5) Volumenmessung verschiedener Objekte usw.
Beliebte 3D-Technologien
Zu den häufig verwendeten Technologien in der 3D-Bildverarbeitung gehören:
1) Stereovision und strukturiertes Licht
2) Lasertriangulation
3) ToF (Zeit-des-Fluges)
Stereovision und strukturiertes Licht
Stereosehen basiert auf dem Prinzip des binokularen Sehens des Menschen. Mit zwei Kameras werden zwei 2D-Bilder eines Objekts aufgenommen. Durch die Aufnahme derselben Szene aus zwei verschiedenen Positionen wird ein dreidimensionales Bild unter Verwendung von Tiefeninformationen basierend auf dem Prinzip der Triangulation synthetisiert.
Stereo Vision nutzt Bilddaten von zwei standardmäßigen 2D-Array-Kameras, um Tiefenwerte für eine Szene bereitzustellen. Die Bilder werden basierend auf den Kamerapositionen und den angewendeten geometrischen Informationen angepasst. Nach der Anpassung sucht ein Matching-Algorithmus nach entsprechenden Punkten im linken und rechten Bild, um eine Tiefenkarte der Szene zu erstellen.
Der Arbeitsabstand dieser Methode hängt von der Basislinie (dem Abstand zwischen den Kameras) ab und variiert daher je nach Anwendung.
Eine Möglichkeit, die Leistung einer Stereoanlage zu verbessern, besteht darin, der Stereolösung strukturiertes Licht hinzuzufügen. Durch die Verwendung einer Lichtquelle zur Projektion heller geometrischer Muster auf die Szene kann die Genauigkeit der Messungen verbessert und Stereobildfehler, die durch homogene Oberflächen und schwaches Licht verursacht werden, deutlich reduziert werden. Durch die Kalibrierung von Projektor und Kamera ist es sogar möglich, auf eine zweite Kamera zu verzichten.
Stereovision kann eine hohe Genauigkeit erreichen. Schwierige Oberflächen beeinträchtigen das Stereosehen nicht wesentlich, es ist jedoch immer erforderlich, dass das Objekt über eine geringe Anzahl von Referenzmarkierungen oder zufälligen Mustern verfügt. Dies bedeutet, dass diese Technologie im Allgemeinen nicht gut-für den Einsatz in Produktionsumgebungen geeignet ist. Zu den typischen Anwendungen von Stereo Vision gehören: Koordinatenmesstechnik, 3D-Vermessung von Objekten und Arbeitsbereichen in Industrie-, Service- oder Robotersystemen sowie 3D-Darstellung von gefährlichen oder unzugänglichen Arbeitsbereichen. Stereosysteme eignen sich auch gut-für den Einsatz in Outdoor-Messsystemen, etwa zur Vermessung und Inspektion von Baumstämmen in Sägewerken.
Wenn jedoch ein hoher Rechenaufwand, aufwändige Installationsarbeiten und höhere Kosten in Kauf genommen werden, eignet sich Stereo Vision auch für industrielle Anwendungen der Zielvermessung, wenn strukturiertes Licht hinzugefügt wird.
Lasertriangulation
Die Lasertriangulation kombiniert den Einsatz einer 2D-Kamera und einer Laserlichtquelle. Dabei projiziert der Laser eine Linie oder einen Punkt auf die Szene vor der Kamera.
Die Laserlinie oder der Laserpunkt erscheint auf dem Objekt vor der Kamera und wird von der 2D-Kamera aufgezeichnet. Wird die Kamera über oder neben dem Ziel bewegt (z. B. über ein Förderband), ändert sich der Abstand zwischen Messobjekt und Sensor und der Blickwinkel der Laserlinie oder des Laserpunkts ändert sich mit seiner Position im Kamerabild. So kann durch mathematische Berechnungen aus den Positionskoordinaten im Bild der Abstand zwischen Objekt und Lichtquelle berechnet werden.