Stereo-Kamera-Array

Innerhalb eines 3D-Musterscanners dient das Stereo-Kamera-Array als primäres optisches Sensormodul. Es besteht aus präzise kalibrierten Kameras, die in einer bestimmten geometrischen Konfiguration angeordnet sind, um gleichzeitig mehrere 2D-Bilder eines Zielobjekts oder -musters aufzunehmen. Durch die Analyse der Parallaxenunterschiede zwischen diesen synchronisierten Bildern rekonstruiert das System detaillierte 3D-Oberflächengeometrie, Tiefenkarten und räumliche Beziehungen, die die Grundlage für nachfolgende Musteranalyse, Messung und digitale Modellierungsprozesse bilden.

Das Array umfasst typischerweise 2 bis 8 Kameras mit einem Basisabstand (Abstand zwischen den optischen Zentren benachbarter Kameras) von 50 bis 200 mm. Die Rahmensynchronisationsgenauigkeit wird innerhalb von ±0,1 Mikrosekunden gehalten, um eine konsistente Erfassung über alle Kameras zu gewährleisten. Die Überlappung des Sichtfelds zwischen benachbarten Kameras beträgt 60–90 %, was für die genaue Tiefenberechnung entscheidend ist. Jede Kamera bietet eine Auflösung von 5–12 Megapixeln und unterstützt Bildraten von 30–120 fps, abhängig von der Anwendung für die Erfassung sich schnell bewegender Objekte im Vergleich zu Bandbreitenbeschränkungen.

Das Array ist mit optischen Glaslinsen, einem Aluminiumgehäuse, CMOS/CCD-Bildsensoren und Präzisionsmontagehalterungen konstruiert und für industrielle Umgebungen ausgelegt. Es arbeitet in einem Temperaturbereich von -10 °C bis 50 °C und hat eine Schutzart von IP54–IP65 (gemäß IEC 60529) gegen Staub und Wasser. Der Stromverbrauch beträgt 5–15 W für alle Kameras und die Verarbeitungseinheit. Zu den Schnittstellen gehören GigE und USB3.0 für Datenübertragung und Steuerung. Das Gewicht liegt zwischen 1,5 und 4,0 kg, abhängig von der Anzahl der Kameras und dem Gehäusematerial. Objektivanschlüsse sind in den Typen C und CS für die Kompatibilität mit Standardobjektiven verfügbar.

Alle aufgeführten Parameter sind Referenzbereiche und müssen mit dem rechtlichen Hersteller oder Lieferanten für das spezifische Modell und die Anwendung verifiziert werden. Das Array ist eine Komponente, die für die Integration in ein vollständiges Scansystem vorgesehen ist; es ist kein eigenständiges Produkt. Eine ordnungsgemäße Kalibrierung und Konfiguration sind für eine genaue 3D-Rekonstruktion unerlässlich.

Das Stereo-Kamera-Array arbeitet nach dem Prinzip des stereoskopischen Sehens und der Triangulation. Mehrere Kameras mit bekannten Positionen und Ausrichtungen erfassen synchronisierte Bilder derselben Szene. Bildverarbeitungsalgorithmen identifizieren dann korrespondierende Punkte in diesen Bildern. Durch die Berechnung der Disparität (Positionsunterschied) dieser übereinstimmenden Punkte und die Anwendung geometrischer Kalibrierungsdaten berechnet das System präzise 3D-Koordinaten für jeden Punkt und wandelt so effektiv 2D-Pixeldaten in eine 3D-Punktwolke oder Tiefenkarte um, die die Oberflächentopologie des gescannten Objekts darstellt.