3D-Kamera mit 180°-Öffnungswinkel

Alles im Blick

Die 3D-Kameratechnik HemiStereo ermöglicht erstmals eine hemisphärische Tiefenerfassung. Dabei wird der gesamte Halbraum vor der Kamera dreidimensional vermessen, was einem Öffnungswinkel von 180×180° (HxV) entspricht.

Die 3D-Kameratechnik HemiStereo erlaubt es, den gesamte Halbraum vor der Kamera dreidimensional zu vermessen. (Bild: 3dvisionlabs GmbH)

Im Vergleich dazu haben bisher erhältliche 3D-Flächenkameras prinzipbedingt sehr begrenzte Blickwinkel von maximal etwa 110×70°. Erreicht wird diese Steigerung durch die Erweiterung der konventionellen Stereo-Vision-Technik. Drei Bildsensoren, spezielle Fischaugen-Objektive und vor allem ein neues, echtzeitfähiges Berechnungsverfahren zur Stereokorrespondenz heben die Grenzen konventioneller, perspektivisch abbildender 3D-Kameras auf. 3DVisionlabs integriert zudem KI-Prozessoren direkt in die Kamera. Mithilfe von KI können die Daten zudem vor Ort und in Echtzeit in einem kompakten Edge-Computing-Device ausgewertet werden. Mit dieser intelligenten Tiefenkamera-Technologie entstehen zahlreiche Applikationen in den Bereichen Einzelhandel, öffentliche Sicherheit und Smart Home, aber auch in der Industrie z.B. für Roboter-Navigation und Autonomes Fahren.

Analyse von Innenräumen

Smarte Kameras kommen bereits für viele Aufgaben der Personenanalyse zum Einsatz, wie z.B. Personenzählung an Eingängen von Geschäften oder zur Besucherstromanalyse in Museen. Ob in öffentlichen Gebäuden, im Einzelhandel oder im privaten Umfeld, die Lebensräume der Menschen sind häufig komplex. Viele innovative Lösungen können bisher noch nicht angeboten werden, da die Analyse mit Kameras nur durch den Einsatz sehr vieler Geräte möglich war. HemiStereo ermöglicht erstmals die Echtzeit-Vermessung eines hemisphärischen Blickfeldes (180°x180°) mit nur einem einzigen 3D-Sensor. Für automatische Analyse-Aufgaben in Innenräumen bietet dies erhebliche Vorteile. Bei der Installation an der Decke eines Raums können Bereiche bis zu einer Größe von 10x10m pro Sensor erfasst werden, selbst bei sehr geringen Deckenhöhen von 2 bis 3m. In Applikationen mit kleinen bis mittelgroßen Innenräumen, wie z.B. in der Gebäudeautomatisierung genügt damit ein Sensor pro Raum um z.B. Bewegungsströme von Menschen zu erfassen, Gesten und Körperhaltungen zu erkennen oder sogar Notfallereignisse, wie Stürze zu detektieren. Letzteres ist vor allem für die wachsende Branche der Hilfssysteme für ältere Menschen von großem Interesse. In Applikationen mit weit ausgedehnten Innenräumen, z.B. im Einzelhandel oder in öffentlichen Gebäuden kann dank des hohen Erfassungsbereichs der hemisphärischen Technik die Anzahl benötigter Sensoren minimiert werden. Das senkt Installationskosten und verringert die Anforderungen an eine Datenfusion und die Netzwerkinfrastruktur.

Eine industrielle Variante des HemiStereo Developer Kit für den Einsatz in der Navigation von Industrierobotern soll im Herbst vorgestellt werden. (Bild: 3dvisionlabs GmbH)

Alternative zu Lidar

Derzeit nimmt der Einsatz von Fahrerlosen Transportfahrzeugen (FTF) sowie mobiler und stationärer Robotik kontinuierlich zu. Durch den erhöhten Bedarf an Mensch-Roboter-Kollaboration (MRK) rücken Arbeiter und Roboter zunehmend näher zusammen, was die Anforderungen an Sensoren zur Umfelderkennung weiter erhöht. Verwendung finden hier vor allem Laserscanner. Die hohe Robustheit, Reichweite und Zuverlässigkeit derartiger Systeme geht allerdings mit dem Nachteil eines 2D-Scan-Raumes einher. So ist es z.B. möglich, dass ein FTF mit einem Gabelstapler kollidiert, weil dessen Transportgabel außerhalb der Messebene des Sensors liegt. Ein 3D-Kamera-System kann hier durch detailliertere Informationen zusätzliche Sicherheit bieten, aber wegen ihrer begrenzten Blickbereiche waren konventionelle Systeme bisher keine adäquate Ergänzung zum Laserscanner. HemiStereo dagegen liefert durch den horizontalen Messbereich von 180° die notwendigen Daten um FTF-Navigation und Umfelderfassung in MRK-Anwendungen zu ermöglichen. Die Echtzeitfähigkeit des Sensors mit 30 Vollbildern pro Sekunde sowie ein dynamisch konfigurierbares Blickfeld erlauben die Erfassung von Objekten, welche sich im Schutz- bzw. Arbeitsbereich befinden. Sie erweitern damit die Möglichkeiten eines Laserscanners wesentlich. In der intelligenten Fabrik von morgen wird neben der Umfelderfassung auch das Umfeldverstehen in den Fokus rücken. Durch die Integration leistungsfähiger KI-Datenverarbeitung in die Kamera wird dem Roboter ermöglicht, Objekte zu klassifizieren oder Personen zu erkennen. Zum Einsatz kommen hierfür Verfahren des maschinellen Lernens. Eine spezielle Panoramaprojektion erlaubt es Kunden, bestehende Algorithmen zur Bildauswertung einzusetzen, welche für konventionelle Kameras entwickelt wurden.

Ausblick

Die HemiStereo-Kamera ist aktuell als Developer Kit über den Online-Shop von 3DVisionlabs verfügbar. Sie richtet sich vor allem an Firmen und Forschungseinrichtungen, die an Produkten z.B. im Bereich kassenlose Geschäfte oder automatische Sicherheitslösungen arbeiten. Eine für den Serieneinsatz optimierte Version ist auf Anfrage ebenfalls erhältlich und wird an die jeweiligen spezifischen Kundenwünsche angepasst. Eine industrielle Variante der Kamera für den Einsatz in der Navigation von Industrierobotern ist aktuell in Arbeit und soll im Herbst vorgestellt werden.