“Strukturiertes Licht” kann sich auf eine Reihe verschiedener 3D-Scanner-Designs beziehen, die ganz unterschiedliche Lichtmuster auf ein Objekt projizieren. Dabei verwenden die Kameras entweder einzelne oder Stereo-Kameras, um die reflektierten Bilder zu decodieren und eine 3D-Punktewolke zu erzeugen.
Projektionen wie zufällige Punkte oder Codewörter (wiederholte Mini-Muster) erzeugen zwar eine niedrigere XY-Auflösung, können jedoch höhere Bildraten als die Streifenprojektion liefern, da nur wenige Projektionen benötigt werden, um 3D zu erzeugen. Handgeführte Scanner verwenden diesen Ansatz und nutzen dabei eine hohe Framerate für eine verbesserte XY-Auflösung mithilfe eines Fusionsalgorithmus.
Streifenprojektion für hochauflösendes Scannen
Streifenprojektion ist die gängigste Methode für das Erreichen von sehr hohen Auflösungen. Bei dieser Technik werden sinusförmige Muster auf das Sichtfeld projiziert, um eine Subpixelleistung zu erzielen. Für das Erzeugen von 3D benötigt die Streifenprojektion üblicherweise 10 oder mehr Muster und ist damit langsamer als Projektionstechniken mit niedriger Auflösung.
Abgesehen von der Projektion bestehen die Hauptunterschiede beim Sensordesign in der Verwendung von Einzel- oder Stereokameras.
Einzelkamera-Technologie
Im Laufe des vergangenen Jahres wurden mehrere Produkte auf den Markt gebracht, die 3D mit einer Einzelkamera erzeugen. Einige Beispiele sind Chiaro (http://chiarotech.com, kürzlich von Cognex übernommen), Zivid Labs (http://www.ziallabs.com) und Zeiss ‘AIMax Cloud (http://www.zeiss.com).
Die Zivid 3D-Kamera für die industrielle Automatisierung.
Vorteile einer Stereokamera
Die unterschiedlichen Ansätze bei Einzel- und Stereokameras sind zwar auf den ersten Blick dezent, aber sehr wichtig.
Stereokameras erfassen mehr Daten und erzeugen daher weniger Okklusionen. Bei Einzelkameras kann die Oberflächengeometrie sowohl das projizierte Licht als auch die Sicht der Kamera blockieren, was zu fehlenden Daten und Okklusion führt. Bei Stereokameras hingegen werden drei Ansichten des Messobjekts verwendet, um mehr Daten zu erfassen – Triangulation der linken Kamera, Triangulation der rechten Kamera und Stereo mit zwei zusammenarbeitenden Kameras.
Stereokameradesign minimiert Okklusion.
Okklusion kann ein Hindernis für das Erreichen einer zuverlässigen und genauen Merkmalsmessung sein. Denn wenn ein Teil des Merkmals nicht zu sehen ist, sind Daten möglicherweise fehlerhaft. Deshalb bieten Stereo-Designs eine größere Chance, hochgenaue Messungen mit einer einzigen Aufnahmesequenz zu erreichen.
Kalibrierverfahren
Der Kalibrierungsansatz für Einzel- und Stereokameras ist ebenfalls sehr unterschiedlich. Einzelkamera-Designs müssen kalibriert werden, um eine Triangulationsbeziehung zwischen Kamera und Projektor herzustellen. Wenn sich das projizierte Muster aufgrund von Temperaturänderungen bewegt und sich gleichzeitig die Lichtquelle erwärmt, kann dies zu falschen 3D-Daten führen.
Im Gegensatz dazu findet bei Stereokameras die Kalibrierungs zwischen den beiden Kameras und nicht zwischen Kameras und Projektor statt. Deshalb führen Bewegungen in Mustern durch Temperaturveränderungen auch nicht zu fehlerhaften 3D-Daten.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass Stereotechnologie durch geringere Okklusion und bessere Temperaturstabilität, eine höhere Datenqualität und Wiederholgenauigkeit gewährleistet. Deshalb verwendet Gocator zusätzlich zur Streifenprojektion ein Stereodesign für eine höhere Auflösung in XYZ sowie Hardwarebeschleunigung für eine Snapshot-Sensor-Leistung von 4Hz.