LYNKEUS
Die Vision der Ambient Intelligence bezeichnet eine hilfreiche, sich den Bedürfnissen der Menschen anpassende Lebens- und Arbeitswelt, in der technische Systeme autonom eine schützende und helfende Funktion übernehmen. Aktuelle Beispiele sind dabei u.a. die Themen Sicherheit, Mensch-Roboter-Kooperation und autonome Robotik. So wie das dreidimensionale (3D) Sehen in seiner ganzen Komplexität die wichtigste sensorische Fähigkeit des Menschen darstellt, so ist die intelligente dynamische 3D-Umgebungserfassung in Echtzeit die wohl wichtigste Sensorik seines technischen Gegenübers. Ohne die schnelle Erfassung, Digitalisierung und Modellierung der dynamischen 3D-Umwelt fehlt unseren technischen Systemen die notwendige Autonomie; sie sind praktisch „blind“. Tausende paralleler optischer Laserradars in der PMD (Photonic Mixer Device)-Kameratechnologie erfassen gleichzeitig Tausende von Raumpunkten über Echolaufzeiten nach optischer Beleuchtung als 3D-Snapshot. Als 3D-Videokamera vermessen sie eine dynamische 3D-Szene fortlaufend mit Videobildrate. Im Rahmen des LYNKEUS-Projektes ist die PMD-Technologie in seiner Gesamtheit weiterentwickelt worden, um ein intelligentes Mikrosystem zum 3D-Sehen erstmalig bereitzustellen.
Die Arbeiten im LYNKEUS-Projekt beinhalten die Weiterentwicklung der PMD-Sensoren, insbesondere die Erhöhung der Auflösung auf 41616 Pixel und Verbesserung der Prozessausbeute bei der Herstellung. Eine PMD 3D Kamera besteht allerdings nicht nur aus dem PMD-Detektorchip, sondern aus den Komponenten Empfängermatrix, Optik, Auswerteelektronik und Beleuchtung. Diese Komponenten ergänzen sich und sind eng aneinander gekoppelt und wurden im Rahmen des Projektes optimiert. Weiterhin wurden auf die PMD-Sensorik angepasste Algorithmen und Softwarekomponenten zur Lösung charakteristischer, generischer Problemstellungen des 3D-Sehens wie Objekterkennung, Objektklassifizierung, Objektverfolgung und Sensorfusion entwickelt. Generell bietet die PMD-Technologie in diesem Kontext den Vorzug gegenüber traditioneller Bildverarbeitung, Objekte, die sich gegenseitig teilweise verdecken und womöglich farblich wenig zu differenzieren sind voneinander zu trennen. Es wurde ein hybrides Kameramodul für die Erweiterung des Einsatzbereiches von Photomischdetektoren in den THz-Spektralbereich entwickelt. „Hybrid“ bedeutet dabei die Kombination von THz und optischen Komponenten zu einem aktiven Kamerasystem. Besonderes Augenmerk galt zudem der 3D-Umgebungsmodellierung. Hierbei wurden Algorithmen entwickelt, die den spezifischen Möglichkeiten der PMD-Technologie z.B. einer fließenden Navigation Rechnung tragen: Erstellung mathematisch-geometrischer Repräsentationsmodelle der Umgebung unter Berücksichtigung von Sensorungenauigkeiten, Matching der vorklassifizierten Tiefenkarten, Reduktion der geometrischen Darstellung des Umgebungsmodells und Integration zusätzlicher Sensorik zur Poseschätzung mobiler Sensoren. Ziel war es, einen skalierbaren Modulbaukasten für generische Problemstellungen von 3D-Sehen-Applikationen bereitzustellen. Als klassische Aufgabenstellungen wurden in diesem Projekt im Bereich der Handhabungsrobotik die Problemklassen „Griff-in-die-Kiste“ und „sichere Mensch-Roboter-Kooperation bearbeitet“. Im Bereich autonomer Fahrzeuge wurden die autonome Navigation und das autonome Andocken bearbeitet, um die Zuverlässigkeit der Navigation von autonom mobil messenden Systemen zu steigern.
Insgesamt war es wichtig, breit nutzbare Entwicklungen zu implementieren um wichtige Problemklassen aus dem Bereich der Ambient Intelligence zu bearbeiten. Diese Problemklassen wurden zunächst in einer generischen, breit anwendbaren Art als Querschnittstechnologie adressiert und anschließend in Form von vier Demonstratoren konkretisiert, um die breiten Anwendungsperspektiven von PMD-basierten, intelligenten 3D-Echzeitkamerasysteme zu dokumentieren:
- Lösung des Griff-in-die-Kiste-Problems mittels der PMD-Technologie.
- Demonstration der Fähigkeiten der PMD-Technologie im Bereich der Mensch-Roboter-Kooperation.
- Demonstration des Potenzials von PMD Kamerasystemen anhand eines fahrerlosen Transportsystems zur autonomen Navigation im Outdoor Bereich.
- Aufbau einer THz-Kamera um die Performance im Bereich Sicherheitstechnik oder Qualitätskontrolle/Medizintechnik zu demonstrieren.
Zielsetzung dieses Projektes war es, anhand eines interdisziplinär koordinierten Vorhabens, die gesamte vertikale Wertschöpfungskette zur Entwicklung und Umsetzung Mikrointegrierter 3D-Echtzeitkamerasysteme auf Basis von PMD Technologie für die intelligente Umgebungserfassung abzudecken.
