TOF-Kameras von Holitech

ToF-Kameras messen mit Hilfe des Lichtzeitverfahrens (Time-of-Flight) Distanzen. Da bei dieser Technologie ein PMD-Sensor verwendet wird, spricht man in diesem Zusammenhang häufig auch von PMD-Kameras. Dabei wird die nahezu konstante Lichtgeschwindigkeit für die Generierung von Tiefeninformationen genutzt. Vereinfacht gesagt wird ein Lichtpuls über einen Transmitter in die Umgebung geschickt. Trifft er auf ein oder mehrere Objekte, wird er reflektiert und von einem Detektor registriert. Mithilfe der Dauer, die der Lichtstrahl zum Objekt und zurück benötigt, wird die Entfernung des Objekts bestimmt. Die Kamera liefert somit für jeden Bildpunkt die Entfernung des darauf abgebildeten Objektes. Das Prinzip entspricht dem Laserscanning mit dem Vorteil, dass eine ganze Szene auf einmal aufgenommen wird und nicht abgetastet werden muss.

Man unterscheidet zwischen dem Einzel- und dem Mehrfachpulsbetrieb. Beim Einzelpulsbetrieb wird die Laufzeit eines einzelnen Lichtimpulses gemessen. Beim Mehrfachimpulsbetrieb wird die Phasenverschiebung zwischen ausgesendeten und empfangenen Lichtimpulsen gemessen. Diese Verschiebung ist ebenfalls proportional der Zeit. Mit Hilfe des Mehrfachimpulsbetriebes lassen sich nicht nur Entfernungen messen, sondern Gegenstände und Gesten erkennen. So sind komplexe Gerätesteuerungen möglich.

Der Einsatz von ToF-Kameras bietet einige Vorteile gegenüber anderen Systemen der Abtastung. Im Gegensatz zu Laserscanner ist die Kamera sehr einfach aufgebaut, da sie keine beweglichen Teile beinhaltet. Da die Beleuchtung und das Objektiv nahe beieinander liegen, ist der Platzbedarf gering und Abschattungen sind ausgeschlossen. Ein weiterer Vorteil liegt in der effizienten Datenauswertung. Über einen Distanzschwellwert werden nur die Pixel ausgewertet, die Informationen aus der näheren Umgebung liefern. ToF-Kameras liefern mit einer einzigen Aufnahme die gesamte Szenerie. Durch diesen Geschwindigkeitsvorteil von bis zu 160 Bildern pro Sekunde sind Echtzeitanwendungen möglich. Ebenso funktioniert die Technologie bei allen diffus reflektierenden Materialien sowie bei sich wiederholenden und uniformen Mustern.

Die ToF-Kameras von Holitech verfügen über eine maximale VGA-Auflösung von 640 Pixel x 480 Pixel. Die Systeme können in einem Entfernungsbereich von 15 cm bis 5 Meter eingesetzt werden. Die maximale Framerate beträgt 60 fps. Als Output Format steht ein MIPI Signal zur Verfügung. Der maximale Erfassungsbereich der Linse liegt bei 125°.

Die Kameras von Holitech sind im Wesentlichen für den Einsatz im  Industrie- und Konsumer-Bereich  für Gesten- und Gesichtserkennung sowie zur Erkennung von Bewegungen bestimmt.   So sind sie  für den Einsatz in Spielkonsolen und in Augmented Reality-Anwendungen geeignet. Auch Mensch-Maschinen-Schnittstellen im Industriebereich können die Kameras für diesen Anwendungsfall nutzen. Es können auch Füllhöhen von Flüssigkeiten oder Volumen von Stückgut ermittelt werden. Beim Einsatz in selbstfahrenden Robotern können mit den Kameras Hindernisse oder Personen erkannt werden und die eingesetzte Software bietet dann Ausweichmöglichkeiten oder berechnet Alternativen. Darüber hinaus können TOF-Kameras auch in der Medizintechnologie eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Atem an mehreren Stellen des Körpers gleichzeitig ermittelt werden und unabhängige Atemsignale gemessen werden. Dies ist vor allem wichtig bei der Bestrahlung von Tumoren. Auch kann eine Patientenpositionierung ermittelt werden, was bei CT Messungen häufig zum Tragen kommt, um eine Referenz für weitere Messungen anzubieten. Mittels ToF-Kamera kann mit sehr hoher Präzision die Körpergröße und das Gewicht eines Patienten in liegender Position ermittelt werden. in Notfallsituationen kann dann eine gewichtsabhängige Dosierung von Notfallmedikamenten erfolgen. In Mobiltelefonen werden die Kameras häufig zur Gesichtserkennung eingesetzt.

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