Visuelle Raumerkennung

[Elexerion]

das ist die Kamera von einer Israelischen Firma, die ich meinte:

http://www.computerbase.de/news/cons...mera_xbox_360/

Gruss
Peer

[Felix G]

Naja, die Hardware für einen selbstgebauten Laserscanner dürfte immernoch deutlich günstiger sein als eine fertige TOF-Kamera (wo kann man die überhaupt kaufen? Denn die können noch so billig sein, wenn man als Normalsterblicher nicht ran kommt, bringt einem das wenig). Auch muss man sich überlegen wie es da mit dem Messbereich und der (Tiefen-) Auflösung aussieht. Für einen Roboter z.B. wäre eine Kamera, die kleine Entfernungen (<1m) nicht messen kann, nur bedingt sinnvoll.


Was den Laserscanner betrifft, dazu habe ich mal eine ganz grobe Skizze angefertigt. Diese Skizze zeigt den prinzipiellen Aufbau eines solchen Scanners von oben betrachtet. Rechts befinet sich der Laser, der eine Linie in den Raum projiziert, links daneben eine in einem bestimmten Abstand und Winkel zum Laser angebrachte Kamera (an dem Punkt unten links wäre das Objektiv, den Kamerachip habe ich bewusst auf der falschen Seite angedeutet, damit die Skizze nicht so groß wird). Man erkennt den Sichtbereich der Kamera und wo dieser die Laserlinie schneidet. Diese beiden Punkte ergeben den Messbereich für diese Konstruktion.

Hier erstmal ein paar grundlegende Feststellungen, die ggf. als Basis für weitere Diskussionen dienen könen:
- Die Größe des Messbereichs ist von der Brennweite des Kameraobjektivs, sowie dem Abstand und Winkel zwischen Kamera und Laser abhängig.
- Die Tiefenauflösung ist nicht konstant (durch die fein gestrichelten Linien angedeutet), sondern wird zum fernen Ende des Messbereichs hin schlechter.
- Die (mittlere) Tiefenauflösung ist abhängig von der Brennweite des Kameraobjektivs, der Größe der Kamerapixel, sowie ebenfalls von Abstand und Winkel zwischen Kamera und Laser.
- Die Schärfentiefe der Kamera muss den gesamten Messbereich abdecken.
- Die Schärfentiefe ist abhängig von Brennweite und Blende des Objektivs, sowie vom Fokus und der Größe der Kamerapixel.
- Trifft der Laser auf ein Objekt innerhalb des Messbereichs, so ist die X-Koordinate der Laserlinie auf dem Kamerabild, vom Abstand des Objekts zum Laser abhängig.

[mare_crisium]

@Felix,

zur Ergänzung Deiner Liste grundlegender Feststellungen:
- Der vom Laser erzeugte Lichtpunkt muss von der Beleuchtung durch andere Lichtquellen (Tages-/Kunstlicht, das z.T. auch moduliert ist) unterschieden werden.

@Elexerion,
danke für den Link zu ZESS !

mare_crisium

[RoboDrache]

Moin,

Zitat: "warum schaust Du nicht mal unter Lichtlaufzeitkameras nach. "
Weill ich nicht mal halb nüchtern auf das Wort "Lichtlaufzeitkamera" gekommen wäre.

In der Tat müsste man mal Nachforschen wie lange es dauert bis diese Kameras erschwinglich und Massenprodukte werden. Oder zumindest im Schrott zu finden sind.

Danke für die vielen Artikellinks!!!
Werde die im laufe des Tages lesen....
Da die Entwicklung bestimmt auch ein halbes Jahr dauert und ein Jahr bis was pragmatisches rauskommt....

@Felix
Du wolltest einen Prismenspiegel nehmen?
Das hatte ich dann wohl übersehen. Ich wollte mal experimente mit einen einfachem Baulaser machen. Gibt es schon für wenige Euronen. Das Foto von der lini dann in den Rechner einlesen und per Software den Versatz der Linie messen. Habe aber nur in der Erinnerung das die Linie auf einem Foto nicht gerade ist.
Ich werde am Wochenende wohl erst dazu kommen einen Versuch aufzubauen, also vielleicht am Montag die ersten Bilder.

Die Störung des Umgebungslichtes wird nicht unbedingt ins Gewicht fallen, da ja der Laser Rot leuchtet. Also werden wir nur dieses Rot filtern. Klar, bei roten Möbeln oder Kleidung wird es happern. Das selbe Problem wird bei sehr hellen Räumen und direkter Sonneneinstrahlung auftauchen.

Bis neulich!

[Elexerion]

Verstehe, funktioniert mit Triangulation. Ist ja eigentlich popelig einfach. Je breiter die Basis und größer die Auflösung der Kamera, desto besser funktioniert das ganze auch auf große Distanzen (mehrere 10 Meter).

Die ZCam kostet übrigens nur ca. 100,- $ und wird dieses Jahr auf den Markt kommen. Die ist natürlich zunächst nur für einen bestimmten Entfernungsbereich geeignet (zuerst offensichtlich für Spielekonsolen, also mit einem Meßbereich von ein paar Metern, das wird sich aber bestimmt sehr schnell ändern.
Prinzipiell können diese Kameras für alle erdenklichen Entfernungen ausgelegt werden, das ist nur eine Frage der Technik. Sie funktionieren anscheinend mit einem extrem schnellen Shutter und einem IR-Laser, der die Szene beleuchtet, genau weiß ich es aber noch nicht.

Für all die Anwendungen mit Bildauswertung ist aber immer ein PC erforderlich, oder?
Oder gibt es auch Möglichkeiten, die es einem Controller ermöglichen, die Daten zu nutzen?

Gruss
Peer

[Felix G]

@Felix
Du wolltest einen Prismenspiegel nehmen?
Das hatte ich dann wohl übersehen. Ich wollte mal experimente mit einen einfachem Baulaser machen. Gibt es schon für wenige Euronen. Das Foto von der lini dann in den Rechner einlesen und per Software den Versatz der Linie messen. Habe aber nur in der Erinnerung das die Linie auf einem Foto nicht gerade ist.

Nö, ich will überhaupt keinen Spiegel nutzen...
Die dargestellte Konstruktion funktioniert so wie sie ist, ohne weitere Bauteile (außer einem Motor mit dem man das Teil als ganzes schwenken kann).

Allerdings muss ich zugeben daß es sinnvoll gewesen wäre einige Teile zu beschriften. Die Kamera (bzw. deren Objektiv) befindet sich ganz unten links, wo die Linien zusammenlaufen. Das Objekt rechts über diesem Punkt symbolisiert den Kamerachip, der sich eigentlich auf der anderen Seite hinter dem Objektiv befindet (Den habe ich nur aus Platzgründen auf dieser Seite platziert).

Ich denke ich werde heute Abend nochmal eine bessere Skizze anfertigen.

Die Störung des Umgebungslichtes wird nicht unbedingt ins Gewicht fallen, da ja der Laser Rot leuchtet. Also werden wir nur dieses Rot filtern. Klar, bei roten Möbeln oder Kleidung wird es happern. Das selbe Problem wird bei sehr hellen Räumen und direkter Sonneneinstrahlung auftauchen.

Ein Filter ist schonmal sinnvoll, aber falls das nicht ausreicht wird man wohl den Laser modulieren, und dann jeweils von einem Bild mit eingeschaltetem Laser, eines mit ausgeschaltetem Laser subtrahieren müssen.

[Felix G]

Also eine neue Skizze habe ich jetzt doch nicht mehr gemacht, denn auf Wikipedia habe ich einen guten Artikel (mit Skizze) gefunden: Lasertriangulation

Dort wird zwar alles nur relativ oberflächlich beschrieben, und auch die Skizze zeigt keine (für uns ggf. relevanten) Details, aber die brauchen wir eh erst im späteren Verlauf.

Für all die Anwendungen mit Bildauswertung ist aber immer ein PC erforderlich, oder?
Oder gibt es auch Möglichkeiten, die es einem Controller ermöglichen, die Daten zu nutzen?

Je nach Verfahren ist die Auswertung mit einem µC durchaus möglich...
Bei der von uns zur Zeit favorisierten Lasertriangulation z.B. geht das, da die Auswertung recht simpel ist. Voraussetzung ist allerdings ein Kameramodul, daß sich vernünftig an einen µC anschließen lässt (digitale Schnittstelle, die unkomprimierte Daten liefert ... kein USB!).

Mal ein Beispiel mit moduliertem Laser:
(Annahme: die Kamera liefert das aktuell aufgenommene Bild zeilenweise Pixel für Pixel)

1. Laser abschalten
2. Nächstes Bild in einem Puffer als Dunkelbild ablegen
3. Laser einschalten

4. Vom aktuellen Kamerapixel das entsprechende Pixel des Dunkelbilds subrahieren
5. Wenn der resultierende Wert größer ist, als das bisherige Maximum der aktuellen Zeile: als neues Maximum übernehmen (es wird also eine Variable für den aktuellen Maximalwert und eine für die zugehörige X-Position benötigt)
6. Am Ende der Zeile: Maximalwert mit Schwelle vergleichen (groß genug? dann weiter)
7. Abstandswert aus Lookup-Tabelle ablesen (X-Position des Maximums als Index für LUT)
8. Maximalwert auf 0 setzen und weiter mit der nächsten Zeile (4.)


Kurz gesagt: Außer einer Subtraktion und einem Vergleich pro Pixel, hat der µC nicht wirklich viel zu tun ... er muss nur schnell genug sein (ein Pixel muss ausgewertet sein bevor das nächste kommt).

Für einen ATmega könnte das evtl. knapp werden, aber ein ARM Cortex M3 oder vergleichbarer µC dürfte bei halbwegs vernünftigen Auflösungen und Frameraten genug Leistung bieten.



Aternativ könnte die Verarbeitung aber auch in einem CPLD oder FPGA erfolgen, da die durchzuführenden Operationen recht simpel sind. Der könnte dann direkt die fertigen Abstandswerte ausspucken, was die Datenrate auf µC Seite erheblich reduziert.