3D-Bilder mit Webcams
Dank intelligenter CMOS-Sensortechnik könnten simple Webcams dreidimensionale Bilder aufnehmen.
Die Idee zur dreidimensionalen Kamera entsprang bei der Firma PMD Technologies aus der Entwicklung eines berührungslosen optischen Entfernungssensor. Ihr so genanntes Photonic Mixer Device (PMD) ermittelt zusätzlich zur Helligkeit auch die Entfernung und kann so schnell und berührungslos eine 3D-Bilderfassung durchführen. Die Photonics-Gruppe des Centre Suisse d"Electronique et de Microtechnique (CSEM) folgt mit ihren 3D-Kameras einem ganz ähnlichen Prinzip, verwendet aber eine Kombination aus CMOS- und CCD-Sensor.
Das Grundprinzip der 3D-Kameras ist gleich: In jedem Pixel wird während der Aufnahme der Laufzeitunterschied zwischen einem Referenzsignal, das von LEDs direkt auf den Pixeldetektor geschickt wird, und dem Empfangssignal, das aus der Umgebung zurückfällt, ermittelt. Da die Pixel in einer Matrix angeordnet sind, können mehrere Bildpunkte parallel vermessen und damit dreidimensionale Aufnahmen gemacht werden. Das Besondere: Die Phasendifferenz wird direkt im Sensor-Chip ermittelt. Diese Vorverarbeitung minimiert den bei 3D-Aufnahmen mit Stereokameras sonst üblichen Rechenaufwand im angeschlossenen Rechner.
Zur Messung der Umgebung verwenden PMD und CSEM nicht sichtbares Licht im Infrarot-Bereich. Die Modulation erfolgt mit etwa 20 MHz, was mit einer Wellenlänge von 15 Metern (2x 7,5 m) korrespondiert. Entsprechend liegt die Reichweite der Kameras bei 7,5 Metern; weiter entfernt liegende Objekte werden falsch detektiert. Beide Hersteller nutzen in ihren 3D-Kameras derzeit eine Auflösung von 160 × 120 Pixel. Für höhere Auflösungen bräuchte man mehr Licht, was die Kosten in die Höhe treiben würde. Ziel ist jedoch ein möglichst günstiges 3D-System, dass sich zunächst im Automobilbereich und später auch im Heimbereich nutzen lässt.
Da die 3D-Kameras jedes Bild der Umgebung mit einer einzigen Aufnahme generieren, könnten sie auch für Videoanwendungen eingesetzt werden. Bis zu 50 Aufnahmen pro Sekunde sollen so problemlos realisierbar sein. Zudem arbeitet das Sensorsystem exakter als herkömmliche Stereokameras mit zwei Objektiven, da die Phasenmessung auch bei sehr geringem Kontrast zu einem verwertbaren 3D-Bild führt.
Beide Unternehmen glauben, dass die steigenden Sicherheitsanforderungen im Automobilbereich den 3D-Kameramarkt in den kommenden Jahren beleben wird. Mit 3D-Systemen lassen sich beispielsweise Abstandsmesser, Einparkhilfen, Fußgängerdetektoren oder auch intelligente Sensoren für Airbags realisieren. PMD will bereits im kommenden Jahr auf der Hannover Messe Industrie einen etwa 500 Euro teuren Abstandssensor vorstellen. CSEM verkauft ihre 3D-Kameras derzeit für etwa 5000 Euro pro Stück, wobei es sich um Einzelanfertigungen handelt. Beide Unternehmen glauben, dass sich der Preis für 3D-Kameras in der Massenproduktion auf etwa 100 Euro senken lässt. (uk)
