3D-Messverfahren im Vergleich: welches passt für Fracht?
Time-of-Flight, Structured Light, Stereo und Laser-Linienscanner im Überblick
Demo anfragenWer Fracht automatisch vermisst, braucht ein dreidimensionales Bild von Paletten, Paketen oder Langgut. Fünf optische Verfahren liefern dieses Bild. Sie unterscheiden sich vor allem darin, woher die Tiefe kommt: aus der Laufzeit des Lichts oder aus einem Winkel zwischen Lichtquelle und Kamera.
Für die Frachtvermessung zählt, wie ein Verfahren mit dem umgeht, was in der Halle passiert: weiße Folie, einfarbige Kartons, Kanten und Überstände, mehrere Sensoren über derselben Fracht. MetriXFreight misst mit Time-of-Flight. Hier steht, warum.
Laufzeit oder Winkel
Eine Time-of-Flight-Kamera misst für jedes Pixel, wie lange ihr Licht bis zum Objekt und zurück braucht. Sender und Empfänger sitzen an derselben Stelle.
Structured Light, Stereo und Laser-Linienscanner arbeiten mit Triangulation: Zwei Blickpunkte im Abstand sehen denselben Punkt unter verschiedenen Winkeln, daraus folgt die Tiefe. Dieser Abstand, die Basislinie, bestimmt die Genauigkeit. Er führt aber auch dazu, dass hinter Kanten Bereiche liegen können, die nur einer der beiden Blickpunkte sieht. Außerdem wächst bei allen drei Verfahren der Messfehler mit dem Quadrat des Abstands.
Fünf Verfahren, ein Vergleich
Wähle, was in deiner Halle gilt. Jede Karte zeigt das Prinzip und ob das Verfahren dazu passt. Darunter stehen alle Kriterien im Überblick.
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Time-of-Flight
Laufzeit des Lichts
Die Kamera sendet moduliertes Infrarotlicht aus und misst für jedes Pixel, wie lange das Licht bis zum Objekt und zurück braucht.
Ein Tiefenbild der ganzen Szene je Aufnahme, ohne Abstand zwischen Sender und Kamera.
Passt Einfarbige Flächen ohne Struktur: Die Tiefe kommt aus der Lichtlaufzeit, nicht aus Bildmerkmalen. -
Structured Light
Triangulation
Ein Projektor wirft ein bekanntes Muster auf das Objekt, eine seitlich versetzte Kamera sieht, wie sich das Muster verformt. Aus dem Versatz folgt die Tiefe.
Hohe Auflösung auf kurze Distanz, etwa beim Scannen von Bauteilen.
Passt Einfarbige Flächen ohne Struktur: Das projizierte Muster liefert die Merkmale selbst. -
Stereo passiv
Triangulation
Zwei Kameras im Abstand nehmen die Szene gleichzeitig auf. Die Software sucht in beiden Bildern dieselben Merkmale und berechnet aus ihrem Versatz die Tiefe.
Ohne eigene Lichtquelle, braucht aber Oberflächen mit Struktur.
Passt nicht Einfarbige Flächen ohne Struktur: Auf einfarbigen Flächen findet die Software keine Merkmale, die sie in beiden Bildern zuordnen kann. -
Stereo aktiv
Triangulation
Wie passives Stereo, zusätzlich projiziert ein Infrarotprojektor ein Punktmuster, damit auch glatte Flächen Merkmale haben.
Füllt die Lücken von passivem Stereo auf einfarbigen Flächen.
Passt Einfarbige Flächen ohne Struktur: Das Punktmuster gibt auch glatten Flächen Merkmale. -
Laser-Linienscanner
Triangulation
Ein Laser zeichnet eine Linie auf das Objekt, eine Kamera im Winkel misst ihre Form. Das 3D-Bild entsteht Profil für Profil, während sich Objekt oder Scanner bewegen.
Etabliert an Förderbändern, auf denen die Ware ohnehin durchläuft.
Passt Einfarbige Flächen ohne Struktur: Die Laserlinie ist selbst das Merkmal, das die Kamera erkennt.
Alle Kriterien im Überblick
| Kriterium | Time-of-Flight | Structured Light | Stereo passiv | Stereo aktiv | Laser-Linienscanner |
|---|---|---|---|---|---|
| Einfarbige Flächen ohne Struktur | gut Die Tiefe kommt aus der Lichtlaufzeit, nicht aus Bildmerkmalen. | gut Das projizierte Muster liefert die Merkmale selbst. | schwach Auf einfarbigen Flächen findet die Software keine Merkmale, die sie in beiden Bildern zuordnen kann. | gut Das Punktmuster gibt auch glatten Flächen Merkmale. | gut Die Laserlinie ist selbst das Merkmal, das die Kamera erkennt. |
| Abschattung an Kanten | gut Ohne Triangulation gibt es kaum Bereiche, die das Licht nicht erreicht. | schwach Projektor und Kamera sehen aus verschiedenen Winkeln; an Kanten fehlen Tiefenwerte. | eingeschränkt Neben Kanten liegen Bereiche, die nur eine der beiden Kameras sieht; je größer ihr Abstand, desto mehr. | eingeschränkt Gleiche Geometrie wie passives Stereo: Bereiche neben Kanten sieht nur eine Kamera. | eingeschränkt Je größer der Winkel zwischen Laser und Kamera, desto mehr Verdeckung. |
| Messfehler mit wachsendem Abstand | eingeschränkt Das Rauschen steigt, wenn mit dem Abstand weniger Licht zurückkommt. | schwach Der Tiefenfehler wächst quadratisch mit dem Abstand. | schwach Der Tiefenfehler wächst quadratisch mit dem Abstand und sinkt mit dem Abstand der Kameras. | schwach Gleiche Geometrie wie passives Stereo. | schwach Triangulation: Der Fehler wächst mit dem Quadrat des Abstands. |
| Ganze Szene in einer Aufnahme | gut Die ganze Szene wird gleichzeitig beleuchtet und erfasst. | eingeschränkt Je nach Muster: ein Muster genügt, mehrere Muster brauchen mehrere Aufnahmen nacheinander. | gut Beide Kameras lösen gleichzeitig aus. | gut Beide Kameras lösen gleichzeitig aus, das Punktmuster liegt dauerhaft an. | schwach Braucht eine Bewegung von Objekt oder Scanner, um aus Linien ein 3D-Bild zu bauen. |
| Objekt in Bewegung | eingeschränkt Die Phasenbilder entstehen nacheinander; Bewegung verfälscht Werte an Kanten. | eingeschränkt Verfahren mit mehreren Mustern verzerren bei Bewegung; Einzelmuster-Verfahren kommen damit zurecht. | gut Funktioniert bei Bewegung, wenn beide Kameras synchron auslösen. | gut Schnelle Verfahren eignen sich auch für bewegte Objekte. | gut Dafür gebaut: die Bewegung erzeugt das Bild. |
| Mehrere Sensoren auf derselben Fracht | eingeschränkt Die Kameras stören sich, lassen sich aber über unterschiedliche Modulationsfrequenzen entkoppeln. | eingeschränkt Überlagerte Muster stören sich; Abhilfe kostet Aufwand. | gut Passive Kameras senden kein Licht und stören sich deshalb nicht gegenseitig. | keine Angabe | keine Angabe |
| Dunkle, spiegelnde, transparente Flächen Gilt für alle optischen Verfahren | schwach Wenig oder abgelenktes Licht kommt zurück. | schwach Spiegelungen und durchsichtige Flächen stören das Muster. | schwach Gleichförmige und schlecht beleuchtete Flächen liefern keine verlässlichen Merkmale. | schwach Auf dunklen Flächen wird das Muster schwach. | schwach Dunkle Flächen werfen weniger Licht zurück, Glanz übersteuert den Empfänger. |
gut · eingeschränkt · schwach · – keine Angabe
Wie MetriXFreight mit den Grenzen von Time-of-Flight umgeht
- Bewegung: MetriXFreight misst die Fracht bewusst im kurzen Halt unter dem System. Wann das im Betrieb schneller ist als eine Messung in der Durchfahrt, zeigt Im Stand messen oder in der Durchfahrt.
- Mehrere Sensoren: Time-of-Flight-Kameras stören sich, wenn sie dieselbe Fracht beleuchten. Unsere Systeme sind dafür gebaut und betreiben ihre Sensoren so, dass sie sich nicht gegenseitig stören. So sieht das L33x die Palette mit 3 Sensoren rundum, das L63x Langgut mit 6.
Was für alle optischen Verfahren gilt
Dunkle, spiegelnde und durchsichtige Oberflächen sind für jedes Verfahren schwierig, das mit Licht misst: Schwarze Folie schluckt das Licht, Metall lenkt es ab, Glas lässt es durch. Deshalb nennt jedes Datenblatt hier Grenzen. Bei MetriXFreight sieht das so aus:
- L33x: misst auch schwarze Folie.
- L23x und L63x: Einschränkungen möglich bei schwarzer Folie und transparenten oder stark reflektierenden Oberflächen.
- L13x: Einschränkungen möglich bei transparenten oder stark reflektierenden Oberflächen.
- S140: misst alle Artikel außer gänzlich nicht oder stark reflektierenden.
Unsere Systeme sind für Hallen ohne direktes Sonnenlicht auf der Messfläche ausgelegt.
Warum metrilus auf Time-of-Flight setzt
Für Fracht in der Halle bringt Time-of-Flight drei Eigenschaften mit, auf die es ankommt:
- Keine Struktur nötig. Die Tiefe kommt aus der Lichtlaufzeit, nicht aus Bildmerkmalen. Weiße Folie und einfarbige Kartons messen sich wie bedruckte.
- Kaum Abschattung. Ohne Triangulation gibt es kaum Bereiche hinter Kanten, die der Sensor nicht sieht. Das zählt bei gestapelter Fracht und Überständen.
- Kein Vorschub nötig. Anders als ein Linienscanner erfasst die Kamera die ganze Szene, ohne dass sich Fracht oder Sensor bewegen. Die Fracht hält kurz unter dem System, und der Sensor erfasst sie vollständig.
Für Förderbänder, auf denen die Ware ohnehin ohne Halt durchläuft, sind Laser-Linienscanner ein etabliertes Verfahren. Für Paletten, Sperrgut und Langgut, die zum Messen kurz unter dem System halten, spielt Time-of-Flight seine Stärken aus.
Wie eine Time-of-Flight-Kamera im Einzelnen misst, erklärt die Seite zur Time-of-Flight-Kamera.
Häufige Fragen zu 3D-Messverfahren
Was ist der Unterschied zwischen Time-of-Flight und Structured Light?
Time-of-Flight misst die Laufzeit des Lichts für jedes Pixel, Sender und Kamera sitzen an derselben Stelle. Structured Light projiziert ein Muster und berechnet die Tiefe aus dem Winkel, unter dem eine seitlich versetzte Kamera das Muster sieht. Dadurch fehlen bei Structured Light an Kanten eher Tiefenwerte, und der Fehler wächst quadratisch mit dem Abstand.
Warum hat passives Stereo Probleme mit weißer Folie?
Passives Stereo sucht in zwei Kamerabildern dieselben Merkmale. Auf einfarbigen Flächen wie weißer Folie gibt es keine, also findet die Software keine Zuordnung und keine Tiefe. Aktives Stereo projiziert deshalb zusätzlich ein Punktmuster.
Stören sich mehrere 3D-Kameras gegenseitig?
Alle Verfahren mit eigener Lichtquelle können sich stören, wenn sie dieselbe Szene beleuchten. Bei Time-of-Flight lassen sich die Kameras zum Beispiel über unterschiedliche Modulationsfrequenzen entkoppeln. Die Systeme von MetriXFreight betreiben ihre Sensoren so, dass sie sich nicht gegenseitig stören. Passives Stereo sendet kein eigenes Licht und stört sich deshalb nicht.
Welches 3D-Messverfahren nutzt MetriXFreight?
Alle Systeme von MetriXFreight messen mit Time-of-Flight-Kameras und ergänzen sie um Farbkameras für Fotos der Sendung.
Misst ein Time-of-Flight-System auch schwarze Objekte?
Dunkle Oberflächen werfen wenig Licht zurück und sind für alle optischen Verfahren schwierig. Bei MetriXFreight misst das L33x auch schwarze Folie; beim L23x und L63x sind Einschränkungen bei schwarzer Folie möglich.