DAKARA
Design und Anwendung einer ultrakompakten, energieeffizienten und rekonfigurierbaren Kameramatrix zur räumlichen Analyse
Ultrakompakte, energieeffiziente und rekonstruierbare Kameramatrix
Innerhalb des DAKARA-Projekts wird eine ultrakompakte, energieeffiziente und rekonstruierbare Kameramatrix entwickelt. Neben Standard-Farbbildern stellt sie in Echtzeit präzise Tiefeninformationen bereit und bietet so die Grundlage für verschiedene Applikationen in der Automobilindustrie, der Produktion und vielen mehr. Die ultra-kompakte Kameramatrix wird aus 4x4 Einzelkameras auf einem Wafer zusammengesetzt und mit einer Wafer-Level-Optik versehen, wodurch eine extrem kompakte Bauform von 6,6 x 6,6 x 3 mm erreicht wird. Möglich wird dies durch die innovative Kameratechnologie des Antragstellers CMOSIS. Der Aufbau als Kameramatrix erfasst die Szene aus sechzehn leicht versetzten Perspektiven und ermöglicht es so die Szenengeometrie (ein Tiefenbild) aus diesen mittels des Lichtfeldprinzips zu berechnen. Da solche Berechnungen sehr rechenintensiv sind, ist eine enge Integration der Kameramatrix mit einem effizienten, eingebetteten Prozessor erforderlich um Echtzeitanwendungen zu ermöglichen. Die Tiefenbildberechnungen, die vom Partner DFKI erforscht und entwickelt werden, können so ressourcenschonend und in Echtzeit in der elektronischen Funktionsebene des Kamerasystems durchgeführt werden.
Mögliche Applikationen profitieren maßgeblich davon, dass ihnen neben der Farbinformation auch die Tiefeninformation ohne weitere anwendungsseitige Berechnungen zur Verfügung gestellt wird. Durch die ultrakompakte Bauweise ist es möglich die neue Kamera in sehr kleine und/oder filigrane Bauteile zu integrieren und dort als berührungslosen Sensor zu nutzen.
Vergleichbare Systeme, die sich auch im Produktiveinsatz wiederholenden, sind in der Regel aktive Systeme, die Licht aussenden und so die Tiefe berechnen. Große Nachteile solcher Systeme sind der hohe Energieverbrauch, die große Bauform und die hohen Kosten. Passive Systeme haben einen wesentlich geringeren Energieverbrauch, sind aber noch im Forschungsstadium und weisen in der Regel große Bauformen und geringe Bildraten auf. DAKARA bietet erstmals eine passive Kamera, die mit einer ultrakompakten Bauform, hohen Bildraten (ca. 200Hz), rekonstruierbaren Eigenschaften und geringem Energieverbauch (ca. 20mW) überzeugt, dabei das Forschungsstadium verlässt und in den Produktiveinsatz bei namhaften Anwendern aus unterschiedlichen Domänen geht.
Einsatz in zwei verschiedenen Anwendungsszenarien
Um die Mächtigkeit und Innovationskraft des DAKARA-Konzepts zu demonstrieren wird die neue Kamera im Projekt in zwei verschiedenen Anwendungsszenarien eingesetzt. Diese umfassen eine Intelligente Rückfahrkamera im Automobilbereich und die Werkerassistenz bei der manuellen Produktion.
Die geplante Intelligente Rückfahrkamera des Partners ADASENS ist verglichen mit aktuell eingesetzten Systemen, die aus Ultraschallsensoren und einer Mono-Farbkamera bestehen, in der Lage das rückwärtige Fahrzeugumfeld räumlich, metrisch und semantisch zu interpretieren. Dadurch können bei automatisierten Parkvorgängen auch feinere Strukturen wie Bordsteinkanten oder Pfosten erkannt und berücksichtigt werden. Die DAKARA Kamera liefert hier einen wesentlichen Beitrag zur Steigerung der Sicherheit beim automatisierten oder teilautomatisierten Fahren.
Im Rahmen der Werkerassistenz wird ein manueller Montageprozess bei den Partnern Bosch Rexroth und DFKI abgebildet. Ziel ist es den Werker bei seinen Aufgaben zu unterstützen und abzusichern. Dazu wird die neue Kameramatrix über dem Handarbeitsplatz befestigt und sowohl Objekte als auch Hände durch die Algorithmen des Partners CanControls räumlich und zeitlich erfasst. Die Kamera soll eine Vielzahl an Sensoren, die momentan in verschiedenen manuellen Produktionsanlagen der Projektpartner eingesetzt werden, ersetzen und so ein neues Qualitäts- und Kostenlevel erreichen.
