Forum: Offtopic Tiefenbilder mit Stereokameras


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von Max M. (Firma: Schule) (man_nam)


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Hi Leute,
Ich plane momentan mein Jugend-Forscht Projekt. Ich dachte, dass hier 
eine Tiefenbild-Stereokamera ein gutes Projekt wäre. Diese Kameras 
erstellen keine 3D-Bilder, wie sie z.B. im Kino gezeigt werden, sondern 
Tiefenbilder, bei denen jeder Pixel Tiefeninformationen enthält.
Es gibt bereits einige Firmen, die schon fertige Lösungen anbieten, 
jedoch liegen die Preise dieser, zumindest soweit ich weiß, im 
4-stelligen Bereich.
Für z.B. autonome Roboter sind solche Kameras einfach nur cool ;)
Jetzt wollte ich zum einen fragen, ob ihr schon kostengünstigere oder 
gar Open-Source Varianten kennt.
Zum anderen wollte ich fragen, wie ihr ein solches Projekt findet, das 
Verfahren ist ja bereits erforscht. Wenn ihr euch hierzu andere 
Jugend-Forscht Projekte anschauen möchtet, schaut einfach mal in der 
Datenbank(http://www.jugend-forscht.de/projektdatenbank.html).
Vielen Dank

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Max Mustermann schrieb:
> Jetzt wollte ich zum einen fragen, ob ihr schon kostengünstigere oder
> gar Open-Source Varianten kennt.

Zwei Kameras sind heutzutage nicht mehr so arg teuer.

Die OpenCV-Bibliothek

  http://opencv.org/

bietet die entsprechende Software dazu:

  http://docs.opencv.org/modules/calib3d/doc/camera_calibration_and_3d_reconstruction.html#stereobm

Hier sind zwei Anwendungsbeispiele:

  https://github.com/Itseez/opencv/blob/master/samples/cpp/stereo_match.cpp
  https://github.com/Itseez/opencv/blob/master/samples/gpu/stereo_match.cpp

von Max W. (mc2)


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Yalu X. schrieb:
> Zwei Kameras sind heutzutage nicht mehr so arg teuer.

Er will ja eine cam mit Tiefeninformation. Aus zwei cams die Tiefe 
rauszurechnen ist da schon ne andere Hausnummer, hieraus optisch 
Abstände zu erkennen und zu berechnen, dazu einen Roboter zu regeln 
halte ich für einen Schüler nicht machbar.

Jung, schau dir mal die nx Roboter von Lego an, die haben auch so 
Spielereien und sind relativ billig und im Vergleich dazu musst du das 
Roboterrad nicht neu erfinden ;)

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Max Wpunkt schrieb:
> hieraus optisch Abstände zu erkennen und zu berechnen, dazu einen
> Roboter zu regeln halte ich für einen Schüler nicht machbar.
Warum nicht?
Es gibt durchaus Schüler, die packen einen Ingenieur locker weg.

> Jetzt wollte ich zum einen fragen, ob ihr schon kostengünstigere
> oder gar Open-Source Varianten kennt.
Der hier kann das offenbar für 35 Euro:
http://www.jugend-forscht.de/projektdatenbank/smartcam-entwicklung-einer-universell-einsetzbaren-3-d-kamera/16/6.html

von Borislav B. (boris_b)


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Max Mustermann schrieb:
> jedoch liegen die Preise dieser, zumindest soweit ich weiß, im
> 4-stelligen Bereich.

Macht das nicht jede Kinect für kleines Geld? Das passende SDK ist ja 
auch schon dabei...

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Max Wpunkt schrieb:
> Yalu X. schrieb:
>> Zwei Kameras sind heutzutage nicht mehr so arg teuer.
>
> Er will ja eine cam mit Tiefeninformation.

Ich las in seiner Anfrage etwas von "Stereo" und dachte deswegen gleich
an eine Stereokamera mit zwei "Augen".

> Aus zwei cams die Tiefe rauszurechnen ist da schon ne andere
> Hausnummer,

Das macht ja die OpenCV-Software, auf die ich verweisen habe. Das
Ergebnis ist eine dreidimensionale Punktwolke.

Ansonsten gibt es eben die Microsoft Kinect (ca. 100-150€), die Asus
Xtion (ebenfalls ca. 100-150€ und im Wesentlichen baugleich mit der
Kinect) und die DepthSense von SoftKinetic (ca. 200€). Während die
Kinect und die Xtion nach dem Triangulationsverfahren arbeiten, nutzt
die DepthSense die Phasenverschiebung von moduliertem Licht für die
Abstandsbestimmung. Dieses Verfahren, das sonst nur bei wesentlich
teureren Kameras angewandt wird, kommt wohl auch bei der Kinect 2 zum
Einsatz.

von Harald W. (wilhelms)


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Max Mustermann schrieb:

> Ich dachte, dass hier eine Tiefenbild-Stereokamera ein gutes Projekt wäre.

Ich habe mich früher recht gründlich mit Stereobildern und deren
(Tiefen-)Auswertung beschäftigt. Von einer Tiefenbild-Stereokamera
habe ich aber noch nichts gehört. Hast Du da mal einen passenden Link?
Gruss
Harald

von Max M. (Firma: Schule) (man_nam)


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OpenCV scheint eine super Lösung zu sein. Das habe ich irgendwie noch 
gar nicht gefunden. Das Buch habe ich mir gerade heruntergeladen und 
schaue mir das Entsprechende Kapitel mal genauer an. Danke.
Die Kamera von dem anderen Jugend-Forscht-Typ werde ich mir einmal 
anschauen. Mal gucken, wie man ihn kontaktieren kann.
Eigentlich schade, dass es bereits so etwas schon kostenlos gibt. Jetzt 
muss ich mich nach einem neuen Projekt umschauen ;)
Was haltet ihr von einem Roboter, welcher anhand dieser 
Tiefeninformationen durch einen Raum navigiert und z.B. eine Karte 
erstellt.
Das kommerzielle Projekt, was ich gefunden habe ist die Ensenso N10 
Kamera.
Die Kinect und die ähnlichen Systeme sind alles aktive, d.h., sie senden 
selbst Licht, meistens im Infrarotbereich, aus und können eventuell 
nicht bei bestimmten Lichtverhältnissen, z.B. Sonnenlicht, 
funktionieren.
Trotzdem Danke.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Max Mustermann schrieb:
> Die Kinect und die ähnlichen Systeme sind alles aktive, d.h., sie senden
> selbst Licht, meistens im Infrarotbereich, aus und können eventuell
> nicht bei bestimmten Lichtverhältnissen, z.B. Sonnenlicht,
> funktionieren.

Das ist richtig. Dafür funktioniert die (passive) Stereokamera nicht bei
untexturierten Objekten, bspw. einer glatten, einfarbigen Wand. Jedes
Messverfahren hat eben seine Vor- und Nachteile.

von Jens G. (jensig)


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@ Yalu X. (yalu) (Moderator)

>Max Mustermann schrieb:
>> Die Kinect und die ähnlichen Systeme sind alles aktive, d.h., sie senden
>> selbst Licht, meistens im Infrarotbereich, aus und können eventuell
>> nicht bei bestimmten Lichtverhältnissen, z.B. Sonnenlicht,
>> funktionieren.

>Das ist richtig. Dafür funktioniert die (passive) Stereokamera nicht bei
>untexturierten Objekten, bspw. einer glatten, einfarbigen Wand. Jedes
>Messverfahren hat eben seine Vor- und Nachteile.

Naja, das bekommt selbst ein Bio-Auge mit Bio-Computer (Dein Auge+Hirn) 
nicht wirklich auf die Reihe. Irgendwelche Kontrastunterschiede bzw. 
Hell/Dunkel-Flanken braucht man schon, um etwas räumliches zu erkennen.
Eine komplett weiße Wand ist einfach nur irgendwas Helles ohne jede 
räumliche (Tiefen-) Info.

von Yalu X. (yalu) (Moderator)


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Jens G. schrieb:
> Naja, das bekommt selbst ein Bio-Auge mit Bio-Computer (Dein Auge+Hirn)
> nicht wirklich auf die Reihe.

Noch ist die kohlenstoffbasierte Bildverarbeitung der siliziumbasierten
in den meisten Punkten um Längen voraus. Es passiert recht selten, dass
Menschen gegen weiße Wände knallen, weil sie denken, da wäre nichts.
Selbst mit nur einem Auge finden wir uns in unserer Umgebung erstaunlich
gut zurecht. Das liegt u.a. daran, dass wir nicht nur Geometrien
vermessen, sondern auch problemlos Objekte erkennen und aus deren
Abbildungsgröße auf die Entfernung schließen können. Wir wissen bspw.
auch, dass Gegenstände i.Allg. nicht schweben, sondern Kontakt zu
anderen Gegeständen haben. Daraus baut sich das Gehirn ein Netz von
Gegenständen auf, in dem die 3-D-Position eines jeden nur begrenzte
Variationsmöglichkeiten hat.

Die Tüftler bekommen mittlerweile auch Erstaunliches mit künstlichen
Augen und Gehirnen hin, aber das ist immer noch relativ wenig im
Vergleich zu dem, was es noch zu erforschen gibt.

von Harald W. (wilhelms)


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Yalu X. schrieb:

> Dafür funktioniert die (passive) Stereokamera nicht bei
> untexturierten Objekten, bspw. einer glatten, einfarbigen Wand.

Ja, deshalb funktioniert die Tiefenauswertung von Luftbildaufnahmen
schon seit Jahrzehnten problemlos, da man da gut erkennbare Objekte
hat (Baum, Haus) die Tiefenauswertung im µm-Bereich, mit dem ich mich
beschäftigt habe, nur dort, wo man erkennbare Strukturen hat. Ich
denke, für eine sichere Entfernungsmessung braucht man aktive
Verfahren. Das gilt auch für den µm/nm-Bereich.
Gruss
Harald

von Lothar M. (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite


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Yalu X. schrieb:
> Es passiert recht selten, dass
> Menschen gegen weiße Wände knallen, weil sie denken, da wäre nichts.
Auch, weil die Sensoren einen gewaltigen Dynamikumfang abbilden können 
und die Signalverarbeitung parallel auf die Audioortung zugreift: man 
"hört" dass da eine Wand ist...

: Bearbeitet durch Moderator
von Mac G. (macgyver0815)


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Lothar Miller schrieb:
> Yalu X. schrieb:
>> Es passiert recht selten, dass
>> Menschen gegen weiße Wände knallen, weil sie denken, da wäre nichts.
> Auch, weil die Sensoren einen gewaltigen Dynamikumfang abbilden können
> und die Signalverarbeitung parallel auf die Audioortung zugreift: man
> "hört" dass da eine Wand ist...


Solange die "Wand" nicht durchsichtig ist klappt das schon, ja.
Siehe:

http://www.youtube.com/watch?v=wqBJk_88yaU

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