Stereo-Kamera mit USB-Anschluss macht die dritte Dimension erschwinglich

Dreidimensionales Sehen und eine genaue Positionsbestimmung ungeordneter Objekte machen beispielsweise den zielsicheren Griff auf unsortierte Bauteile – die bekannte Königsdisziplin „Griff in die Kiste“ – für einen Roboter erst möglich. Auch für anspruchsvolle Montageprozesse, wie das Kleben oder Schweißen, ist ein dreidimensionaler Blick die Voraussetzung für ein autonomes Arbeiten des Roboters.

Ein weiterer Vorteil von 3D-Vision liegt in einer deutlich höheren Flexibilität. Viele Anwendungen in der 2D-Bildverarbeitung erfordern sehr spezifische Lösungen auf Seiten der Bilderfassung, die an sich ändernde Anforderungen nur mit hohem Aufwand angepasst werden können. Eine 3D-Kamera erfasst von vorneherein Form, Größe, Position und Orientierung beliebiger Objekte und macht diese Daten für verschiedenste Anwendungen nutzbar.

3D mit USB

Einfach zu handhaben, flexibel einsetzbar und preislich interessant – diese drei Eigenschaften bringt die Stereo-3D-Kamera Ensenso N10 von Ensenso (Vertrieb: IDS Imaging) mit. Sie soll neuartige Perspektiven unter anderem für die Robotertechnik und Qualitätsprüfung eröffnen. Die Kamera ist industrietauglich und wird über USB 2.0 angeschlossen. Sie integriert in einem sehr kompakten Gehäuse nicht nur zwei Global-Shutter-CMOS-Sensoren, sondern auch einen Pattern-Projektor und eine überaus leistungsstarke Software. Mit dem Verfahren „Projected Texture Stereo Vision“ liefert sie detaillierte Tiefenbilder mit filigranen Details und vollflächige dreidimensionale Bilder. Insbesondere industrielle Anwendungen sollen von der Kamera profitieren.

Beim dem Verfahren „Projected Texture Stereo Vision“ wirft der Pattern-Projektor ein zufälliges Punktmuster auf das aufzunehmende Objekt. Damit werden auf dessen Oberfläche nicht vorhandene Strukturen ergänzt beziehungsweise schwach vorhandene Strukturen hervorgehoben. Das Objekt wird dann von den beiden Bildsensoren entsprechend des Stereovision-Prinzips erfasst und mittels der geometrischen Zusammenhänge der Triangulation ist es möglich, für jeden Bildpunkt die 3D-Koordinaten zu rekonstruieren respektive zu berechnen. In Kombination mit dem neuen Bildvergleichsalgorithmus „Semi Global Matching“ erfasst die Ensenso N10 nicht nur alle im Bildfeld befindlichen Oberflächen nahezu vollständig, sie liefert auch detaillierte Tiefenbilder mit filigranen Details und vollflächige 3D-Bilder.

Die N10-Software übernimmt die Steuerung der beiden CMOS-Sensoren und des Pattern-Projektors sowie die Erfassung und Vorverarbeitung der 3D-Daten. So wird ein Optimum aus Framerate und Bildqualität erreicht und der Auswerte-PC deutlich entlastet. Mit besonderen Leistungsmerkmalen, beispielsweise einer telezentrischen Höhenbildfunktion, wird die Datenverarbeitung zusätzlich vereinfacht. Die Software ist überdies für den Einsatz in Mehrkamerasystemen ausgelegt und ermöglicht beliebige Kombinationen von Stereo- und Monokameras, beispielsweise um zusätzliche Farbinformationen oder Barcodes zu erfassen. Durch den gleichzeitigen Einsatz mehrerer Kameras lässt sich eine Szene synchron von verschiedenen Seiten aufnehmen, wodurch Abschattungen reduziert und das Bildfeld erweitert werden. Auch im Mehrkamerabetrieb liefert die N10-Software eine einzige 3D-Punktewolke, in der die Daten aller eingesetzten Kameras enthalten sind.

Einfache Hardware, komplexe Software

Die Ensenso N10 Stereo-3D-Kamera ist für Arbeitsabstände von 260 mm bis 1400 mm und für variable Bildfelder konzipiert. 24 Modelle der kompakten Stereo-3D-Kamera mit USB-2.0-Schnittstelle sind aktuell erhältlich. Mit den angebotenen Brennweiten von 3,6 bis 16 mm lässt sich ein breites Entfernungs- und Größenspektrum abdecken. Anders als bei anderen 3D-Aufnahmeverfahren kann die Kamera sowohl stehende als auch bewegte Objekte mit einer Framerate von bis zu 30 Bildern/s erfassen. Der Pattern-Projektor arbeitet außerdem mit gepulstem Infrarot-Licht und ist robust gegenüber Fremdlichteinflüssen.

Trotz der beiden Sensoren und des eingebauten Projektors misst die Stereo-3D-Kamera nur etwa 150 mm x 45 mm x 45 mm und wiegt kaum 400 g. Mit dem robusten Aluminiumgehäuse und einem GPIO-Connector für 12-24-V-Hardware-Trigger, In- und Output ist sie für industrielle Einsätze vorbereitet. Entsprechend sind der dreipolige M8-Sensor/Actuator-Steckverbinder und der USB-Anschluss auch verschraubbar ausgeführt.

Als kompaktes, synchronisiertes System lässt sich die Ensenso N10 einfach integrieren und liefert metrische 3D-Daten bereits „out of the box“. Ein zusätzliches Kalibrieren ist nicht notwendig. Das umfassende, kostenlose Software-Paket bietet eine MVTec-Halcon-Schnittstelle sowie eine objektorientierte API (C++). Dadurch lässt sie sich somit optimal und sehr schnell in bereits bestehende Systeme integrieren. Sehr schnell heißt, dass sich etwa ein 3D-Surface-Matching in weniger als zehn Minuten über das MVTec-Halcon-Interface realisieren lässt.

(mrc)