Smarte iToF-Sensoren für die industrielle 3D-Bildverarbeitung
3D in Echtzeit
Neue hochintegrierte iToF-Sensoren mit hoher Auflösung und integrierter Echtzeit-Datenverarbeitung bieten kostensensitiven Anwendungen schnellen, benutzerfreundlichen Zugang zu präziser 3D-Technologie. Dass hier eine Lösung entsteht, die sich als erste Wahl für kostensensitive, aber auch anspruchsvolle 3D-Anwendungen durchsetzen könnte, zeigt die neue 3D-Kamera uEye von IDS.
Bild: IDS Imaging Development Systems GmbHInVISION Podcast Event-based Vision
Event-based Vision ist eine spannende Technologie- doch was genau ist sie und wie funktioniert sie? In dieser Folge des inVISION Podcasts '5 Questions...' haben wir uns mit den Experten Boris Duché (IDS) und Christoph Posch (Prophesee) zusammengetan, um die Möglichkeiten und die zugrundeliegende Technologie zu erkunden.
https://tedo.link/mff2J0
Mit dem Einzug leistungsfähigerer Sensorarchitekturen, wie dem iToF-Sensor AR0130 von onsemi, mit BSI-Technologie, Global Shutter, verbesserter Signalverarbeitung und integrierter Auswerteelektronik bieten sich neue Möglichkeiten. Die iToF-Kameras erlauben mit intelligentem Pixelmanagement nicht nur höhere Tiefenauflösung und Reichweiten, sondern bewältigen auch schwierige Lichtverhältnisse deutlich robuster. Anstatt Rohdaten an einen externen Rechner zu liefern, übernehmen die Sensoren selbst wesentliche Verarbeitungsschritte, z.B. die Berechnung von Tiefenbildern, Intensitätswerten und Konfidenzkarten direkt auf dem Chip.
Bild: IDS Imaging Development Systems GmbHPräzision in Auflösung und Tiefe
Die Qualität einer 3D-Messung hängt nicht nur von der Anzahl der erfassten Bildpunkte ab, sondern vor allem von der Genauigkeit der Tiefendaten. Die neue IDS uEye 3D-Kamera nutzt den 1,2MP-Sensor AR0130 von onsemi und liefert damit eine hohe XY-Auflösung - ideal, um feinere Oberflächendetails in der Fläche abzutasten. Für die eigentliche Tiefenpräzision ist jedoch ein anderer Faktor entscheidend: die Modulationsfrequenz des Lichtsignals, die bei phasenbasierten ToF-Systemen maßgeblich die Genauigkeit und Reichweite bestimmt. Im Vergleich zu marktüblichen Kameras ermöglicht onsemi Frequenzen von bis zu 200MHz. Der Messbereich wird damit in kleinere Intervalle unterteilt, was zu besserer Tiefenauflösung führt. Ein weiterer Vorteil: Bei hohen Frequenzen wird das System weniger anfällig für Störungen durch Umgebungslicht. Die Möglichkeit, mit Frequenzen bis zu 200MHz zu modulieren, wie es der Sensor erlaubt, schafft entscheidenden Spielraum. Im Nahbereich kann eine hohe Frequenz für maximale Genauigkeit sorgen. Im Fernbereich hingegen lässt sich die Frequenz gezielt anpassen, um große Reichweiten mit stabiler Tiefenauflösung zu erreichen. Durch diese Skalierbarkeit wird das System flexibler, ein klarer Vorteil gegenüber klassischen ToF-Sensoren mit festgelegter und meist niedriger Modulationsfrequenz.
Bild: OnsemiHohe Bildqualität bei schwierigen Lichtverhältnissen
Ein weiteres Merkmal des neuen Sensors ist seine hohe Empfindlichkeit im NIR-Bereich bei 940nm, einem Wellenlängenbereich, der deutlich weniger von Sonnenlicht beeinflusst ist als etwa 850nm. Die uEye iToF-Kamera nutzt diese Eigenschaft aus und arbeitet mit einem auf 940nm abgestimmten Laser. Das Ergebnis: eine besonders hohe Störlichtunterdrückung und stabile 3D-Messungen selbst unter schwierigen Lichtverhältnissen. Damit eignet sich die Kamera ideal für Anwendungen im Freien, wo direkte oder wechselnde Sonneneinstrahlung bisher häufig ein Problem waren.
3D Daten bewegter Objekte
Die Fähigkeit, auch bewegte Szenen zuverlässig zu erfassen, wird heute mehr und mehr zum zentralen Einsatzkriterium für industrielle 3D-Kameras. Kameras mit integrierter Datenverarbeitung und Global Shutter Fähigkeiten, bieten hier einen Paradigmenwechsel. Da die Tiefeninformation direkt onboard pro Pixel erfasst und in Echtzeit ausgewertet wird, entfallen viele der bewegungskritischen Verarbeitungsschritte nach der Datenübertragung zum PC. Sensoren wie der AR0130 ermöglichen die lückenlose 3D-Erfassung auch bei bewegten Objekten, ohne Einbußen bei Genauigkeit oder Reaktionszeit. Davon profitieren insbesondere Anwendungen, wie etwa in der Robotik, Logistik, Packaging oder in der QS bei laufender Produktion. Ohne notwendige Stopps von Förderbändern oder Robotern können Produktionsprozesse weitaus schneller ablaufen und Durchsätze erhöht werden.
Zur Berechnung eines einzigen Tiefenwerts sind in der Regel vier aufeinander abgestimmte Belichtungen mit unterschiedlichen Phasenlagen (typischerweise 0, 90, 180 und 270) notwendig. Aus diesen vier Signalen wird dann die Phasenverschiebung - und damit die Entfernung - berechnet. Dank seiner speziellen Pixelarchitektur und der integrierten On-Chip-Verarbeitung erfasst der AR0130 iToF-Sensor alle vier Phasenbilder in schneller Folge und speichert sie direkt und vollständig im Speicher des Chips - ohne zwischenzeitliches Auslesen. Dadurch wird die Zeit zwischen den Belichtungen deutlich verkürzt und die Bewegungsunschärfe spürbar reduziert. Ein weiterer Vorteil des kontinuierlichen Auslesens: Die Tiefeninformationen können effizient neu sortiert und direkt weiterverarbeitet werden - ohne aufwändige Nachbearbeitung. Das macht die Kamera nicht nur robuster gegenüber Bewegungen, sondern ermöglicht auch höhere Bildraten und entlastet das Host-System.
Neue hochintegrierte iToF-Sensoren mit hoher Auflösung und integrierter Echtzeit-Datenverarbeitung bieten kostensensitiven Anwendungen schnellen, benutzerfreundlichen Zugang zu präziser 3D-Technologie. Dass hier eine Lösung entsteht, die sich als erste Wahl für kostensensitive, aber auch anspruchsvolle 3D-Anwendungen durchsetzen könnte, zeigt die neue 3D-Kamera uEye von IDS.
Bild: IDS Imaging Development Systems GmbHInVISION Podcast Event-based Vision
Event-based Vision ist eine spannende Technologie- doch was genau ist sie und wie funktioniert sie? In dieser Folge des inVISION Podcasts '5 Questions...' haben wir uns mit den Experten Boris Duché (IDS) und Christoph Posch (Prophesee) zusammengetan, um die Möglichkeiten und die zugrundeliegende Technologie zu erkunden.
https://tedo.link/mff2J0
Mit dem Einzug leistungsfähigerer Sensorarchitekturen, wie dem iToF-Sensor AR0130 von onsemi, mit BSI-Technologie, Global Shutter, verbesserter Signalverarbeitung und integrierter Auswerteelektronik bieten sich neue Möglichkeiten. Die iToF-Kameras erlauben mit intelligentem Pixelmanagement nicht nur höhere Tiefenauflösung und Reichweiten, sondern bewältigen auch schwierige Lichtverhältnisse deutlich robuster. Anstatt Rohdaten an einen externen Rechner zu liefern, übernehmen die Sensoren selbst wesentliche Verarbeitungsschritte, z.B. die Berechnung von Tiefenbildern, Intensitätswerten und Konfidenzkarten direkt auf dem Chip.
IDS Imaging Development Systems GmbH
Dieser Artikel erschien in inVISION 3 (Juni) 2025 - 12.06.25.Für weitere Artikel besuchen Sie www.invision-news.de
