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Department of Engineering and Communication

Entwicklungen für ein 3D-Kamerasystem

Viele der heutigen 3D-Kameras arbeiten nach den Lichtlaufzeitverfahren (Time-of-Flight (ToF), auch LIDAR). Dabei wird die Laufzeit das Lichtsignals einer aktiven Beleuchtung erfasst, um pixelweise die Objektdistanz zu ermitteln. Daraus lässt sich dann eine 3D-Punktewolke und zusätzlich das konventionelle Intensitätsbild bestimmen. Solche Kameras halten zunehmend Einzug in unseren Alltag, beispielsweise integriert in Smartphones, werden aber auch in zunehmendem Maße in der Automatisierungstechnik in der Industrie oder im Automobilbereich eingesetzt.

Allgemeines zum Projekt

Projekttitel: Entwicklungen für ein 3D-Kamerasystem
(Elektronik, Algorithmik, Machine Learning, Konstruktion, Embedded System)

Betreuer: Prof. Robert Lange

E-Mail: robert.lange@h-brs.de

Anzahl Plätze: 2

Start: Sommersemester 2023

Studiengänge:

  • Elektrotechnik Schwerpunkt Elektrotechnische Systementwicklung
  • Maschinenbau Schwerpunkt Mechatronik
  • Maschinenbau Schwerpunkt Virtuelle Produktentwicklung
  • Nachhaltige Ingenieurwissenschaft

 

Kurzbeschreibung

Photonik gilt unumstritten als eine der Schlüsseltechnologien des 21 Jahrhunderts und Wegbereiter für die Digitalisierung. Deutsche Unternehmen sind Weltmarktführer in zahlreichen Bereichen der Photonik wie Sensorik, Machine Vision, Licht- und Lasertechnik, Analytik oder Mikroskopie. Anwendungsbeispiele sind die optische Umfelderkennung und visuelle Darstellung in Assistenzsystemen, virtuelle und erweiterte Realität (VR, AR), oder autonom agierende Systeme wie Fahrzeuge oder kollaborierende Roboter, aber auch Anwendungen im Bereich Safety und Security, sowie Biometrische Systeme zur Authentifizierung. In unserer Arbeitsgruppe „Intelligente Photonische Systeme (IPS)" entwickeln wir Lösungen für morgen und sind permanent auf der Suche nach motivierten Nachwuchsforschern. Unsere Themengebiete sind vielfältig, von Elektronik und Software bis hin zu Optik und Mikromechanik. Dabei setzten wir keine spezifischen Fachkenntnisse voraus, sondern erwarten insbesondere Interesse und Begeisterungsfähigkeit für unsere F&E-Themen.

Links:
https://www.photonikforschung.de/

https://www.bmbf.de/bmbf/de/forschung/forschung-fuer-arbeit/photonik-eine-schluesseltechnologie-der-digitalisierung/photonik-eine-schluesseltechnologie-der-digitalisierung.html

Viele der heutigen 3D-Kameras arbeiten nach den Lichtlaufzeitverfahren (Time-of-Flight (ToF), auch LIDAR). Dabei wird die Laufzeit das Lichtsignals einer aktiven Beleuchtung erfasst, um pixelweise die Objektdistanz zu ermitteln. Daraus lässt sich dann eine 3D-Punktewolke und zusätzlich das konventionelle Intensitätsbild bestimmen. Solche Kameras halten zunehmend Einzug in unseren Alltag, beispielsweise integriert in Smartphones, werden aber auch in zunehmendem Maße in der Automatisierungstechnik in der Industrie oder im Automobilbereich eingesetzt.

Viele Hersteller bieten Evaluation-Kits ihrer neuesten Entwicklungen an, um die Möglichkeiten der Technologie zu demonstrieren. Für den Entwickler bietet das die Möglichkeit, sich mit dieser zukunftsweisenden neuen Technologie vertraut zu machen, die sich gerade in einer sehr dynamischen Entwicklung befindet. Vor allem aber erlauben diese Evaluation-Kits weitreichende Eingriffe in die Hard- und Software und bieten so viel Raum für eigene Entwicklungen und Forschungen.

Im letzten Jahr haben wir bereits begonnen, auf Basis einer Evaluationsplattform eine neue voll funktionsfähige, erweiterte 3D-Kamera zu entwickeln. In allen Bereichen existieren bereits vielversprechende Vorarbeiten. Diese Arbeiten sollen jetzt ergänzt und weitergeführt werden. Konkret stehen unterschiedliche Sub-Projekte zur Auswahl, die Sie – je nach persönlichen Vorkenntnissen und Neigungen - entweder vertiefen oder auch kombinieren können. Folgende Möglichkeiten bestehen (mehrere Arbeiten):

  • Modulierbare, skalierbare Laserbeleuchtung aus VCSEL-Arrays (unterschiedliche Strahlprofile und Leistungen).
  • Strahlformungsoptik.
  • Untersuchung, Vermessung und Optimierung der Performanz der 3D Kamera.
  • Algorithmik zur effizienten Berechnung einer kalibrierten 3D Punktewolke.
  • Verfahren zur weiteren Rauschreduktion der 3D Algorithmik
  • Machine Learning Ansätze für Basisalgorithmik oder Anwendungsprogrammierung
  • Konstruktion einer mikrooptischen Systemarchitektur
  • Konstruktion automatisierter Testaufbauten (inkl. Universal- Roboterarm)
  • Portierung der Auswerte-Algorithmik auf ein Embedded System (Microcontroller oder FPGA)

Sie arbeiten bei uns im Team mit anderen Masteranden und Doktoranden und erhalten so auch Einblick in benachbarte Themenstellungen sowie interdisziplinäre Hilfestellungen.

 

Projektphasen

Masterprojekt 1: Einarbeitung, Optische Abstandmessung, Benchmarking bestehender Systeme. Konzeptentwurf Hardware oder Algorithmik (je nach Schwerpunkt). 

Masterprojekt 2: Erste Umsetzung des Konzeptes gestützt durch Vorversuche und Simulationen
(Nach Absprache ist eine wissenschaftliche Publikation möglich.)

Masterthesis: Optimierung / Aufbau und Vermessung der neuen Kamera / Algorithmik.

Kontakt

lange-robert-prof-emt.jpg (DE)

Robert Lange

Engineering, esp. electrical engineering and electronic circuit technology, Research professorship

Research fields

Location

Sankt Augustin

Room

B 225

Address

Grantham-Allee 20

53757 Sankt Augustin

Telephone

+49 2241 865 352