Vorteile und Nachteile von Time-of-Flight-Kameras

Alle Tiefenerkennungs-Technologien haben ihre Vor- und Nachteile. Es gibt keine „Einheits“-Technologie, die für jede Anwendung perfekt geeignet ist. Aus diesem Grund müssen Sie auf der Grundlage der Betriebsanforderungen und -bedingungen die am besten geeignete Technologie für eine bestimmte Anwendung auswählen oder in manchen Fällen sogar mehrere Technologien einsetzen, die sich gegenseitig ergänzen können, wobei eine Technologie Fähigkeiten liefert, die die andere nicht bieten kann.

Wenn Sie beispielsweise ein Sensorpaket für ein autonomes Fahrerloses Transportfahrzeug (FTS) für den Einsatz im Freien entwerfen, könnten Sie einen LiDAR-Sensor für die Erkennung von Bewegungen oder Hindernissen über große Entfernungen mit einer Stereo-Tiefenkamera kombinieren, um eine hochgenaue Tiefenerfassung im Nahbereich zu ermöglichen.

Wenn Sie ein Sensorpaket für ein ähnliches FTS entwerfen würden, das für den Einsatz in einem Lagerhaus mit geringen Lichtverhältnissen konzipiert ist, könnten Sie die Tiefenkamera durch eine Time-of-Flight (ToF)-Kamera ersetzen, da diese auch bei schwachem Licht funktioniert.

Wie alle Tiefenerkennungs-Technologien haben auch Time-of-Flight-Kameras einige Nachteile und Einschränkungen. Allerdings bieten ToF-Kameras auch Vorteile, die sie im richtigen Kontext sehr nützlich machen.

Vorteile von ToF-Kameras

ToF-Kameras haben in der Regel keine beweglichen Teile. Dies gilt für alle indirekten ToF-Kameras, die eine diffuse Laserbeleuchtung verwenden. Einige direkte Time-of-Flight-Kameras verwenden jedoch MEMS-Chips (Micro Electro-Mechanical Systems) oder andere bewegliche Teile zur Ausrichtung des Lasers.

Alle ToF-Kameras sind kompakt, leicht und relativ preisgünstig. Je nach der für ihre Laseremitter erforderlichen Leistung können sie so klein gemacht werden, dass sie in sehr kleine Geräte, einschließlich Mobiltelefone, eingebaut werden können.

Alle ToF-Kameras können bei sehr schlechten Lichtverhältnissen oder sogar in völliger Dunkelheit betrieben werden, da sie über eine eigene Laserbeleuchtung verfügen. Die Genauigkeit von ToF-Kameras ist außerdem jeder anderen Tiefenerkennungs-Technologie überlegen, mit Ausnahme von strukturierten Lichtkameras. Sie können eine Genauigkeit von 1 mm bis 1 cm bieten, je nach Betriebsbereich der Kamera.

Insbesondere indirekte ToF-Kameras liefern sehr hochauflösende, originalgetreue Tiefeninformationen mit bis zu 640×480 Pixeln (VGA-Auflösung).

Da sie die gesamte Szene in einer einzigen Aufnahme scannen, arbeiten iToF-Kameras auch sehr schnell und liefern Tiefenerkennungsdaten mit bis zu 60 Bildern pro Sekunde. Das macht iToF-Kameras sehr nützlich für eine Vielzahl von Hochgeschwindigkeits- oder Echtzeitanwendungen, bei denen ein kontinuierliches Feedback erforderlich ist.

ToF-Kameras sind im Vergleich zu anderen Tiefensensortechnologien wie strukturierten Lichtkameras und LiDAR-Sensoren auch günstiger in der Herstellung und Beschaffung.

Nachteile von ToF-Kameras

ToF-Kameras haben auch einige Nachteile. In hell beleuchteten Situationen oder im Freien kann das Licht der Laseremitter durch das Umgebungslicht verwaschen werden.

ToF-Kameras können auch durch stark reflektierende Oberflächen verwirrt werden. Retroreflektierende Materialien, wie sie auf Sicherheitswesten verwendet werden, sind besonders problematisch, da sie das Licht nicht so streuen oder reflektieren wie normale Oberflächen.

Time-of-Flight-Kameras müssen auch isoliert verwendet werden, oder wenn mehrere Kameras verwendet werden, darf sich das von ihren Emittern abgedeckte Sichtfeld nicht überschneiden, da sonst das eindringende Licht anderer ToF-Kamera-Laseremitter Artefakte in der resultierenden Tiefenkarte erzeugen kann.

Aus diesem Grund sind andere Tiefenerkennungs-Technologien wie Stereo-Tiefenkameras effektiver für Anwendungen, die im Freien betrieben werden müssen, oder in Situationen, in denen Sie mehrere Tiefenkameras in demselben Bereich einsetzen möchten. Selbst bei Stereotiefenkameras müssen Sie vorsichtig sein, wenn Sie mehrere Kameras einsetzen, da viele von ihnen auf ein projiziertes Laserlichtmuster zur Berechnung der Tiefe von flachen oder strukturlosen Oberflächen angewiesen sind.

Diese Nachteile von ToF-Kameras können ihre Nützlichkeit bei einigen Anwendungen einschränken. Mit der Weiterentwicklung der ToF-Technologie wird diese jedoch immer robuster und flexibler. So hat Sony Semiconductor Solutions vor kurzem den IMX570 ToF-Sensor auf den Markt gebracht, der über einen „Pixel Drive“-Verarbeitungsschaltkreis verfügt, um die Auswirkungen von unerwünschtem Umgebungslicht zu reduzieren. Dies verbessert die Genauigkeit und den effektiven Betriebsbereich des Sensors in stark beleuchteten Umgebungen oder im Freien bei hellem Sonnenschein.

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