Kleine Brille, großer Auftritt!

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Der US-amerikanische Präsident Barack Obama und die deutsche Bundeskanzlerin Angela Merkel besuchten während der Hannover Messe Ende April den Messestand der ifm-Gruppe. Beide waren speziell am neuen, weltweit kleinsten 3D-Kamerasystem für schnelle 3D-Aufnahmen und automatische Objekterkennung interessiert.
Merkel und Obama probierten eine von der ifm-Tochter pmdtechnologies entwickelte 3D-Time-of-Flight-Kamera aus und tauchten in die Virtuelle Realität ein. Zusammen mit einem Google CardBoard, einem handelsüblichen Smartphone und der 3D-Kamera konnten sie ihre eigenen Hände in virtueller 3D-Realität sehen und interagieren.

Von Präsident Obama nach möglichen Anwendungsgebieten gefragt, erklärte Dr. Bernd Buxbaum, CEO und Chairman von pmdtechnologies, die Technologie und ihre Anwendungsfelder: Mensch-Maschine-Schnittstellen, Schachspielen mit virtuellen Gegnern, Scannen und Messen von Objekten oder Umgebungen, 3D-Zusammenarbeit über Kontinente hinweg oder das Teilen von 3D-Objekten – und das zukünftig sogar mit einem handelsüblichen Smartphone, in das die derzeit externe Kamera ab Sommer integriert sein wird. “It’s a brave new world!” zeigte sich Präsident Obama nach einem Handschlag mit Kanzlerin Merkel in der virtuellen Realität beeindruckt.
 
Time-of-Flight-Prinzip (ToF)
Das Herzstück des Systems ist die 3D-Kamera. Deren 3D-Bildsensorchips funktionieren mit Infrarotlicht und nutzen das Time-of-Flight (ToF)-Messprinzip: Für jeden einzelnen seiner Bildpunkte (Pixel) misst der 3D-Bildsensorchip die Laufzeit des von der Kamera abgestrahlten Infrarotlichts zu Objekten und wieder zurück. Zeitgleich erkennt jeder der Bildpunkte auch den Helligkeitswert der Objekte.

Die Bilder können entweder als Tiefenbild oder als 3D-Punktwolke für Messungen, Raum- oder Objekt-Scans, AR- /VR-Applikationen wie Gestensteuerung oder Augmentierung (Überlagerung von virtuellen und realen Inhalten) genutzt werden. Die ToF-Architektur von pmd ist flexibel und skalierbar genug, um sogar in Smartphones integriert zu werden. Erste Produkte von großen asiatischen Herstellern sind bereits für die zweite Jahreshälfte 2016 angekündigt.

3D-Bildsensorchip in Google-Smartphones
Die neuen 3D-Bildsensoren sind in Auflösungen von 352 x 288, 224 x 172 und 160 x 120 Pixeln erhältlich. Die ifm-Tochter pmdtechnologies ist Partner in den  Google-Projekten „Tango“ und „Cardboard“. Dabei werden Mobiltelefone und Tablets zur Raumerfassung mit einer speziellen optischen Sensorik ausgestattet, u. a. auch der 3D-Kamera. Anwendungen sind Virtual- und Augmented-Reality, Indoor-Navigation und Objekt- und Raumvermessung. Die komplette 3D-Kamera ist dabei auf einer Fläche von etwa 10 mm x 20 mm untergebracht.

Bei einer Reichweite von bis zu 4 Metern, einer Messgenauigkeit von 1 Prozent der Entfernung und einer Frame-Rate von 5 fps (Frames pro Sekunde) benötigt das 3D-Kamera-Subsystem weniger als 300 mW im aktiven Betrieb.
 
Kooperation von Infineon und pmdtechnologies
pmdtechnologies aus Siegen hat die 3D-Bildsensorchips gemeinsam mit Infineon entwickelt. Die technische Unterstützung bei Kunden übernehmen beide Unternehmen gemeinsam. Der Beitrag von pmdtechnologies zur neuen Chipfamilie ist die ToF-Pixelmatrix. Infineon steuert alle Funktionsblöcke zur System-on-Chip (SoC)-Integration bei und entwickelte den Fertigungsprozess zusammen mit pmd. Produziert werden die 3D-Bildsensorchips im Infineon-Werk in Dresden mit einem für ToF optimierten CMOS-Prozess mit Mikrolinsen-Technologie.

Sensorik mit 3D-Chip
Schon seit Jahren verbaut ifm die 3D-Bildchips in industrietauglichen Sensoren, um Applikationen wie Volumenbestimmung oder Vollständigkeitskontrolle in einem kompakten, industrietauglichen Gehäuse zu integrieren. Auch für den rauen Einsatz in mobilen Arbeitsmaschinen bietet ifm spezielle Varianten dieser 3D-Sensorik an. Sie erfüllen Aufgaben wie automatische Linienführung oder Kollisionsschutz.

Fazit
Die Einbeziehung realer Dinge in automatisierten Prozessen hat längst begonnen. Ein technisch anspruchsvoller Teil ist die dreidimensionale Bildtechnik. Hier bietet ifm mit seiner Tochter pmdtechnologies bezahlbare und zugleich ausgereifte Lösungen – sowohl für kommerzielle Prozesse als auch für den Privatanwender. Um es mit den Worten des US-Präsidenten zu sagen: “It’s a brave new world!”

Erfahren Sie mehr über die REAL-3D-Bildsensorchips.

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