Forschung: 3D-Kamera

Die Visualisierung der Umwelt gewinnt in den verschiedensten Bereichen zunehmend an Bedeutung. Zahlreiche Forschungsgruppen arbeiten an Methoden der Entwickelung von Methoden zur Aufnahme, Darstellung und Auswertung umweltbezogener Daten. In der Arbeitsgruppe Geodäsie wird ein von der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG)  gefördertes Projekt bearbeitet, das zum Ziel hat, Möglichkeiten zur Erfassung der Geometrie von Objekten - insbesondere im Bereich der Architektur und der Archäologie - unter Verwendung einer 3D-Kamera zu untersuchen. Als 3D Kamera wird ein Gerätetyp bezeichnet, der oft auch als ToF-Kamera (Time of Flight), RIM-Kamera (Range Imaging), 3D-Kamera oder PMD-Kamera beschrieben wird. Eine PMD-Kamera erfasst die Geometrie der Umwelt in ihrer vollen Dreidimensionalität als Punktwolke mit einem einzigen „Klick“. Analog hierzu nimmt eine moderne Digitalkamera ein Bild auf, das die „Farbigkeit“ der Umwelt und die Lage der Objektpunkte in Form einer Zentralperspektive wiedergibt. Dabei ist jedes einzelne Pixel des Empfangschips ein eigener  miniaturisierter elektronischer Distanzmesser, in dem auf spezielle Art das vom Objekt reflektierte optische Signal mit einem elektrischen Bezugssignal überlagert (gemischt) wird,  daher  Photo-Misch-Detektor (PMD). 3D-Kamera - unten - der Firma PMD mit aufgesetzter 2D-Kamera Eine 3D-PMD-Kamera wurde mit einer konventionellen 2D-Kamera zu einer kompakten Einheit - als 2D/3D-System bezeichnet -  kombiniert. Die speziellen  Eigenschaften des Systems ermöglichen neuartige messmethodische Vorgehensweisen. Das 2D/3D-System  kann einerseits frei beweglich im Raum - dynamisch - zur Objektaufnahme und andererseits stationär - ähnlich einer Totalstation - zur Vermessung eingesetzt werden. Das 2D/3D-Kamerasystem, bestehend aus der farbgebenden 2D-Industriekamera und der 3D-PMD-Kamera mit parallel verlaufenden optischen Achsen erlaubt es, Echtfarben-Koordinatenfilme aufzunehmen. Ein Film entsteht aus der Abfolge von 3D-Momentaufnahmen mit einer Framerate von z.Zt. 10fps. Die Auswertung der Daten mündet in der Berechnung dreidimensionaler RGB-eingefärbter Punktwolken als Basis zu virtuellen Modellen, Schnitten oder bemaßten Plänen. Im Vergleich zur vollständigen Erfassung der Objektgeometrie mit einem einzigen Klick rastern die heutzutage verwendeten Laserscanner zur Erzeugung einer Punktwolke die Umgebung sequenziell punktförmig ab. Somit ist es nicht möglich, bewegte Szenen mit dem Laserscanner aufzunehmen. Für die ToF-Kamera ist dies kein Problem. Punktwolke von ca. 41000 Punkten  bei einem einzigen Klick Die vollautomatische Generierung von 3D Modellen aus den gewonnenen Daten stellt eine große Herausforderung dar. Derzeit ist die Erarbeitung effektiver Kalibrierungsmethoden innerhalb des komplexen Zusammenspiels von elektronischer Distanzmessung und photogrammetrischer Bildbewertung Gegenstand der Forschungsarbeiten.