3D-Daten direkt von der Kamera

Wenn 3D-Bildverarbeitung bei rechenintensiven Anwendungen eingesetzt wird, werden Schnittstellen und CPU-Leistung schnell zum Nadelöhr. Wäre es nicht praktisch, wenn die 3D-Kamera bereits einen Teil der Rechenarbeit übernimmt – wie etwa Ensenso XR?

(Bild: IDS Imaging Development Systems GmbH)

Wenn große Volumen oder mehrere Objektansichten durch 3D-Kameras geprüft werden sollen, wie z.B. an ständig laufenden Produktionsstraßen, müssen hochauflösende 3D-Ergebnisdaten schnell erzeugt und verarbeitet werden. Stereokamerasysteme mit hochauflösenden Sensoren und variablen Baselines liefern ideale Ausgangsdaten, produzieren jedoch auch enorme Datenmengen. Dadurch können Schnittstellen und CPU-Leistung zum Nadelöhr werden. Die Herausforderung: Datenraten und Leistungsanforderungen an Systemkomponenten zu reduzieren, ohne dabei die Datenqualität einzuschränken. Gleichzeitig sollen die Systeme platzsparend und effizient arbeiten. Embedded 3D-Kameras der neuen Ensenso XR-Serie von IDS mit integrierter Datenverarbeitung sind deshalb der nächste logische Schritt. Durch ein in der Ensenso XR-Projektoreinheit integriertes SoC führt die Kamera 3D-Prozesse inklusive Stereoanalyse selbst aus. Nach Korrektur der Linsenverzerrung werden die 2D-Ausgangsbilder durch eine virtuelle Drehung der Kameras in ein achsparalleles Stereosystem überführt (Rektifikation), wodurch alle nachfolgenden Analysen stark erleichtert werden. Die hochoptimierten Matching-Algorithmen für stehende bzw. bewegte Szenen durchsuchen anschließend die aufgenommenen Bildpaare nach korrespondierenden Bildpunkten. Für diese Bildpunkte ergeben sich aufgrund der unterschiedlichen Perspektiven der Kameras auch unterschiedliche horizontale Verschiebungen in der Bildebene (‚Disparität‘). Durch die geometrischen Beziehungen im parallelen Stereosystem stellt diese Disparität nach Anwendung von Strahlensätzen und dem Wissen über bekannte Systemparameter, wie z.B. Brennweiten, Pixelgrößen und die Basislänge des Stereosystems, ein Maß für die Raumtiefe eines 3D-Punktes in Millimeter dar. Diese zeit- und rechenintensiven Pixeloperationen werden hochparallelisiert durch ein unterstützendes FPGA in der Kamera ausgeführt. Damit kann eine 3D-Datenrate realisiert werden, die vergleichbar ist mit der eines Ensenso X-Systems, das die Stereoanalyse auf einem Desktop PC mit Intel Core i7 Quad-CPU ausführt. Durch die Verlagerung der rechenintensiven Prozesse in die Kamera müssen diese nicht mehr von leistungsfähigen Industrie-PCs durchgeführt werden. Zudem reduziert die Übertragung von 3D-Ergebnisdaten anstelle hochauflösender 2D-Rohdaten die Netzwerklast. Damit ist die Ensenso XR-Kamera auch ideal für Mehrkamerasysteme geeignet.