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3D-Bildverarbeitung für Robot-Vision-Systeme

Applikationsbeispiel einer The Imaging Source Kamera und der verarbeitungsbibliothek Halcon am Beispiel eines Roboterarms (Bild: MVTec)

Applikationsbeispiel einer
The Imaging Source Kamera und der verarbeitungsbibliothek Halcon am Beispiel eines Roboterarms (Bild: MVTec)

Kalibrierung des Kamerasystems

Mit der Intelligenz der Roboter wächst aber auch die Softwarekomplexität für deren Bedienung. Um die neue Flexibilität optimal nutzen zu können, ist es notwendig, die klassischen teuren kundenorientierten Lösungen und Integrationen durch generische und anpassungsfähige Softwaresysteme zu ersetzen. Insbesondere flexible Bildverarbeitungssysteme spielen für die optische 3D-Wahrnehmung eine wichtige Rolle. Diese müssen modular gestaltet sein und schnelle Automatisierungen verschiedener Produktionsabläufe ermöglichen. Dabei sollte auf Industriestandards für Hard- und Softwarekomponenten gesetzt werden. Ein solches Bildverarbeitungssystem ist Halcon. Für das gängigste optische 3D-Messverfahren mit Hilfe von zwei oder mehr Kameras (Stereo bzw. Multi-View-Stereo) stellt die Software sämtliche Funktionen für die Erfassung von 3D-Daten bereit. Kommen zwei oder mehr Kameras zum Einsatz, so ist ein erster notwendiger Schritt die Kalibrierung der Kameras, d.h. das Bestimmen der Positionen und Orientierungen der Kameras im Raum (externe Parameter) sowie das Bestimmen von Brennweiten, Hauptpunkten und Verzerrungsparametern (interne Parameter). MVTec bietet für die Kalibrierung mit Halcon neben den Softwarefunktionen für die Kalibrierung auch hochpräzise gefertigte Kalibrierobjekte an, die eine zügige und genaue Kalibrierung des Kamerasystems ermöglichen. Die Schätzung von 3D-Daten aus den 2D-Kamerabildern basiert auf der Korrespondenzschätzung in den einzelnen Ansichten. Sind für einen Objektpunkt dessen 2D-Bildpunkte in den kalibrierten Kameraansichten bekannt, kann aus den Bildpunkten der ursprüngliche Objektpunkt rekonstruiert werden (Triangulation). Die Bestimmung von Korrespondenzen setzt voraus, dass die Objekte eine gewisse Struktur aufweisen, z.B. durch Textur oder Geometrie (Ecken, Kanten). In homogenen Bereichen können keine Korrespondenzen und somit keine 3D-Informationen bestimmt werden. Abhilfe können hier aktive Beleuchtungen schaffen, die ein strukturgebendes Muster auf das Objekt projizieren und somit eine Schätzung ermöglichen.

3D-Bildverarbeitung für Robot-Vision-Systeme
Bild: MVTec


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