Stereovision

Bei der Stereovision werden 3D-Informationen gewonnen, indem zwei aus verschiedenen Blickwinkeln aufgenommene Bilder miteinander verglichen werden. Das zugrunde liegende Prinzip ist darin begründet, dass Objektpunkte je nach Abstand vom Kamerapaar an unterschiedlichen Stellen in beiden Kameras erscheinen. Während sehr weit entfernte Objektpunkte in beiden Kamerabildern etwa an der gleichen Position erscheinen, liegen sehr nahe Objektpunkte an unterschiedlichen Stellen im linken und rechten Kamerabild. Dieser Versatz der Objektpunkte in beiden Kamerabildern wird auch „Disparität“ genannt. Je größer die Disparität, desto näher ist das Objekt der Kamera. Das Prinzip der Stereovision wird in Abb. 14 genauer dargestellt.

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Abb. 14 Schematische Darstellung des Prinzips der Stereovision: Die Disparität \(d_2\) des weiter entfernten (schwarzen) Objekts ist kleiner als die Disparität \(d_1\) des nahe liegenden (grauen) Objekts.

Stereovision beruht auf passiver Wahrnehmung. Dies bedeutet, dass keine Licht- oder sonstigen Signale zur Distanzmessung ausgesandt werden, sondern nur das von der Umgebung ausgehende oder reflektierte Licht genutzt wird. Dadurch können die Roboception-Sensoren sowohl im Innen- als auch im Außenbereich eingesetzt werden. Zudem können problemlos mehrere Sensoren störungsfrei zusammen auf engem Raum betrieben werden.

Um die 3D-Informationen berechnen zu können, muss der Stereo-Matching-Algorithmus die zusammengehörenden Objektpunkte im linken und rechten Kamerabild finden. Hierfür bedient er sich der Bildtextur, d.h. der durch Muster oder Oberflächenstrukturen der Objekte verursachten Schwankungen in der Bildintensität. Das Stereo-Matching-Verfahren kann bei Oberflächen ohne jede Textur, wie z.B. bei glatten, weißen Wänden, keine Werte liefern. Das Stereo-Matching-Verfahren, das der rc_visard NG verwendet, ist SGM (Semi-Global Matching), welches selbst bei feineren Strukturen den bestmöglichen Kompromiss aus Laufzeit und Genauigkeit bietet.

Für die Berechnung der 3D-Informationen werden folgende Softwaremodule benötigt:

  • Kamera: Dieses Modul dient dazu, synchronisierte Bildpaare aufzunehmen und diese in Bilder umzuwandeln, die weitestgehend den Aufnahmen einer idealen Kamera entsprechen (Rektifizierung).
  • Stereo-Matching: Dieses Modul errechnet mithilfe des Stereo-Matching-Verfahrens SGM die Disparitäten der rektifizierten Stereo-Bildpaare.

Für das Stereo-Matching-Verfahren müssen die Positionen der linken und rechten Kamera sowie ihre Ausrichtung zueinander genau bekannt sein. Dies wird durch Kalibrierung erreicht. Die Kameras des rc_visard NG werden bereits im Werk vorkalibriert. Hat sich der rc_visard NG jedoch, beispielsweise während des Transports, dekalibriert, muss die Stereokamera neu kalibriert werden.

  • Kamerakalibrierung: Mit diesem Modul kann der Benutzer die Stereokamera des rc_visard NG neu kalibrieren.