Moderne 3D-Kameratechnik zur Absicherung von Aufzugstüren

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1 Moderne 3D-Kameratechnik zur Absicherung von Aufzugstüren Dr. Daniel Lippuner AG Landquart, Schweiz

2 Inhalt Problemstellung und Lösung Time-of-Flight (TOF) Technologie Entstehungsgeschichte 3D-Kamera -Sensoren Übersicht über bestehende Produkte Einsatzgebiete für 3D-Kamera Zusammenfassung

3 Problemstellung -Sensoren Tiefeninformation wesentliche Grösse bei vielen Sensorik- Detektion von Personen, Objekten, Hindernissen Messung von Positionen, Distanzen und Dimensionen Konventionelle Kamera-Bilder: 2D-Projektion der 3D-Welt.

4 Lösung -Sensoren Miniaturisierte 3D-Kamera mit folgenden Eigenschaften Bildaufnahme anstelle von Einzelpunkt-Detektion Echtzeit-Verarbeitung von Distanz und Intensität Messung anstelle von Software-Interpretation zu erschwinglichem Preis

5 Optische Distanz-Messung Eigenschaften: Berührungslos, nicht-destruktiv, Hohe Auflösung Verfahren: Triangulation, Interferometrie, Time of Flight (TOF) -Sensoren [Schwarte]

6 Time-Of-Flight Aussendung eines kurzen optischen Pulses mit hoher Intensität Ermittlung der Hin-und-Zurück- Reisezeit Berechnung der Distanz -Sensoren d = c t 2 t t

7 Abtastung des Empfangssignals CW-Modulation und homodyne Detektion ( Lock-in-Amplifier ) d = c 2 f ϕ = 2π L ϕ 2π wobei c 2 m f m L = -Sensoren ϕ

8 Berechnung der Distanz -Sensoren Distanz ist (näherungsweise)... proportional zur Phasenverzögerung unabhängig von der Hintergrundbeleuchtung unabhängig von der Objekt-Reflexion d = c 2 f ϕ 2π = L ϕ 2π wobei c 2 m f m L = ϕ = atan A A 0 3 A A 2 1

9 Berechnung der Intensität -Sensoren Intensität ist... schwarz-weiss Bild basierend auf der IR-Beleuchtung simultan mit der Distanz messbar B = A 0 + A1 A2 + A3 + 4

10 Custom Sensor für 3D TOF Imaging -Sensoren Technologie: kombiniert CMOS / CCD Chip-Kosten: bei Massenproduktion wenige Räuml. Auflösung: typ. < 100 x 100 Pixel Weitere Schlüssel-Parameter: hohe Dynamik hohe Sensitivität

11 Beispiel-Bilder -Sensoren

12 Grenzen der Distanzauflösung 7 6 Messung Measurement physical limit -Sensoren distance resolution [cm] Physikalische Grenze (Photonen-Schrotrauschen) electrons per sample x 10 5

13 Entstehungsgeschichte -Sensoren 1985: der TOF-Technologie bewiesen 1989: Prototyp eines Laser-Puls 3D-Sensors (Grösse: 50cm x 50cm x 20cm) 1993: Hoch auflösende 3D-Bildverarbeitung für nichtkooperative Ziele und industrielle ( SPP OPTIQUE I ) 1999: Erste Demonstration einer 3D TOF Kamera (Grösse: 15cm x 10cm x 10cm) 2003: KTI-Projekt mit CSEM und Solid-State Time-Of-Flight Range Camera 2004: Erster Industrie-Prototyp einer 3D TOF Kamera (Grösse: 5cm x 10cm x 3cm)

14 Moderne 3D-Kameratechnik zur Absicherung von Aufzugstüren Auszeichnungen Oktober 2003 Euro-CASE IST Grand Prize winner 2004 & -Sensoren The European IST Prize is an award for groundbreaking products that represent the best of European innovation in information technology. It provides public recognition and a highly visible profile to entrepreneurial teams that excel in generating novel ideas and R&D and converting them into marketable products Februar 2004

15 Moderne 3D-Kameratechnik zur Absicherung von Aufzugstüren Produkte für Automatische Türen Referenzen (Auszug): -Sensoren TLS300 TLS250 ELS263

16 Produkte im Aufzugsbereich -Sensoren GLS SMS cegard/max

17 TOF-Einsatz im Aufzugsbereich Kabine -Sensoren Lichtvorhang 1 Kab.Türe 2 1 Schachttüre

18 TOF-Einsatz für Automatische Türen -Sensoren

19 Zusammenfassung 3D TOF Kamera -Sensoren Vorstellung einer Echtzeit 3D TOF Kamera-Technologie mit hoher Distanzauflösung Technologie geeignet für Produktion in grossen Stückzahlen zu erschwinglichem Preis Grosses Potential für verschiedene (auch ausserhalb der Aufzugsindustrie)

20 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! -Sensoren

21 Firmenprofil von Core Core Business Business Optoelectronic Optoelectronic sensors sensors for for -Elevators -Elevators --Doors Doors & Gates Gates --Machine Machine Safety Safety & Automation Automation Established Established Employees Employees Activities Activities (156 (156 in in Switzerland) Switzerland) --R&D R&D (Electronics, (Electronics, optics, optics, software, software, mechanical mechanical design, design, manufacturing manufacturing processes) processes) --Manufacturing Manufacturing and and logistics logistics -Sales -Sales Export Export % Legal Legal entity entity Privately Privately hold hold share share company company More More information information

22 Anhang: Genauigkeit der Distanzmessung Annahmen Auflösung nicht durch thermisches Rauschen der Detektions-Elektronik limitiert. Photonen Schrotrauschen entspricht physikalischer Grenze d = L B 8 2 A, wobei A = 2 [ A A ] + [ A ] A2 2 2 Messgenauigkeit d Abhängig von Hintergrundbeleuchtung und Rauschquellen Abhängig von Objektreflexionen und Objektdistanz

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