Fraunhofer IOF entwickelt schnellen und genauen Infrarot 3D-Scanner

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Forscher vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik (IOF) haben einen Infrarot 3D-Scanner entwickelt, der mit einer Bildauflösung von einer Million Pixel und Datenverarbeitung in Echtzeit bei zahlreichen Anwendungen zum Einsatz kommen könnte. 

Infrarot 3D-Scanner werden schon lange bei Videospielen eingesetzt, jedoch werden dort nur grob die Bewegungen des Spielers erfasst. Das vom Fraunhofer IOF entwickelte Gerät kann hingegen durch die hohe Bildauflösung sowie einer Verarbeitung der Daten in Echtzeit in weitaus mehr Bereichen zum Einsatz kommen.

„Die Messtechnik funktioniert ähnlich wie menschliches Sehen. Wir verwenden natürlich nicht zwei Augen, sondern zwei Nah-Infrarot-Kameras“, erklärt Stefan Heist vom Fraunhofer IOF. „Um das Objekt zu erfassen, werfen wir mit einem speziell entwickelten Nah-Infrarot-Projektor aperiodische Muster auf die Oberfläche“.

Der entwickelte Infrarot 3D-Scanner projiziert unterschiedliche Muster in schneller Folge um möglichst viele Messpunkte aus den Perspektiven beider Kameras aufzunehmen. Danach berechnet die Software das 3D-Bild aus den Aufnahmen in nur wenigen Millisekunden. Die Messung selbst erfolgt unbemerkt, da Infrarotstrahlen unsichtbar sind für das menschliche Auge.

Aufgrund zahlreicher Messpunkte entstehen hochauflösende 3D-Bilder von 1000 x 1000 Pixeln mit 36 3D-Bildern pro Sekunde, die mit dem Aufnahmen einer Farbkamera kombiniert werden. Der Ablauf ist dabei durchgängig und es entsteht beim Betrachter der Eindruck eines bewegten 3D-Farbbilds. Um die Leistung in Vergleich zu stellen: Die alten Röhrenfernseher zeigten 25 Bilder pro Sekunde, wobei jedes Bild gedoppelt wurde, um das störende Flimmern zu reduzieren.

„Es gibt zwar Scanner, die schneller sind, aber die 3D-Bilder haben dafür eine schlechtere Auflösung. Oder die Scanner sind genauer, dafür aber wiederum erheblich langsamer. Zudem arbeiten die meisten Scanner im sichtbaren Bereich. Die Muster-Projektionen stören oder blenden sogar. Unsere Messung erfolgt vollkommen unbemerkt. Das Neue an unserer Entwicklung ist das gut aufeinander abgestimmte Gesamtpaket – und das ist nach wie vor eine der größten Herausforderungen in der Entwicklungsarbeit“, sagt Dr. Peter Kühmstedt, der das Forschungsprojekt leitet.

Hinsichtlich des Einsatzbereichs des Gerätes gibt es einige Ansätze. Beispielsweise könnte das System in der medizinischen Rehabilitation anzeigen, ob ein Patient Übungen richtig oder falsch durchführt. Dr. Kühmstedt arbeitet mit seinem Team auch an Anwendungen in der Mensch-Maschine-Interaktion, wo Roboter oder hochautonome Systeme in der Lage wären menschliche Gestik und Mimik zu erfassen und in Folge darauf zu reagieren. Ein weiterer interessanter Anwendungsbereich ist die Sicherheitstechnik. Hier könnten sich biometrische Körpermerkmale ohne störende Projektionen registrieren lassen.

Der derzeitige Prototyp des Infrarot 3D-Scanners wird vom Fraunhofer IOF auf der Messe Control vom 9. bis 12. Mai in Stuttgart präsentiert.