3D für alle
Time-of-Flight als Schlüsseltechnologie für preissensitive 3D-Anwendungen
Nion ist die erste von IDS selbstentwickelte 3D-Kamera und zielt auf einen kosteneffizienten Einstieg in die 3D-Erfassung. Sie ergänzt damit bestehende Lösungen im oberen Präzisionssegment mit beispielsweise Ensenso-Stereovision-Kameras. Der eingesetzte Tiefensensor von onsemi basiert auf indirekter Time-of-Flight-Technologie, liefert hochauflösende Tiefendaten und arbeitet auch bei wechselnden Lichtbedingungen stabil, sowohl im Innen- als auch im Außenbereich. Damit eignet sich Nion vor allem für industrielle Anwendungen, die robuste Tiefeninformationen benötigen, ohne die Komplexität klassischer High-End-3D-Systeme. In diesem Beitrag erläutert Patrick Schick, Produktmanager 3D‑Vision bei IDS, die Hintergründe und technischen Entscheidungen rund um Nion, ordnet die iToF‑Technologie ein und zeigt typische Einsatzfelder auf.
IDS steigt mit Nion in den iToF‑3D‑Bereich ein
Mit Ensenso‑Stereovision‑Kameras ist IDS bereits seit vielen Jahren im 3D‑Segment präsent. Nion erweitert dieses Portfolio um eine eigene Time-of-Flight‑Kamera im Einstiegsbereich.
Patrick Schick: „Mit der Nion gehen wir bewusst in ein neues Marktsegment. Ensenso bleibt unsere Lösung, wenn höchste Datenqualität und Tiefengenauigkeit gefragt sind. Nion richtet sich an Anwendungen, die stabile Tiefendaten brauchen, aber nicht die volle Präzision komplexer 3D‑Messsysteme. Die Kamera ergänzt das Portfolio im unteren Preissegment und bietet eine Option für Anwender, die 3D pragmatisch und universell einsetzen wollen.“
Rolle der iToF‑Technologie in der 3D‑Bildverarbeitung
Indirekte ToF-Sensoren (iToF) bestimmen Entfernungen, indem sie die Phasenverschiebung zwischen moduliertem ausgesendetem, und reflektiertem Licht messen. Das Verfahren liefert eine höhere Genauigkeit und Auflösung als viele direkte ToF-Ansätze, bei denen die Laufzeit des Lichtimpulses zeitlich gemessen wird. iToF-Sensoren werden häufig in industrieller Automatisierung, Robotik und 3D-Scanning eingesetzt.
Patrick Schick: „iToF ist für uns ein logischer Baustein im 3D‑Portfolio. Die Technologie liefert eine hohe räumliche Auflösung und arbeitet stabil bei Bewegung. Sie erlaubt es, Tiefeninformationen in Echtzeit zu erzeugen, ohne dass aufwendige Rechenarbeit außerhalb des Sensors nötig ist. Genau das brauchen viele Industrieanwendungen: verlässliche Tiefendaten, die sich einfach nutzen lassen.“
Nion setzt auf modernen iToF‑Sensor mit integrierter Tiefenerfassung
Der eingesetzte onsemi AF0130‑Sensor der Hyperlux Serie bietet 1,2 Megapixel XY-Auflösung und durch Modulationsfrequenzen bis 200 MHz auch eine hohe Tiefenauflösung. Des Weiteren erfasst der Sensor die für iToF notwendigen vier Phasenbilder im Sensor, bevor sie vollständig zusammen ausgelesen werden.
Patrick Schick: „Wir haben uns für den Hyperlux‑Sensor entschieden, weil er mehrere Anforderungen gleichzeitig erfüllt. Er liefert mit einer Auflösung von 1280 × 960 Pixeln eine 4x so hohe Datendichte als marktübliche VGA-ToF-Kameras, verarbeitet die Tiefeninformationen direkt im Sensor und unterdrückt Umgebungslicht sehr effektiv. Die breite Bandbreite an Modulationsfrequenzen ermöglicht es, unterschiedliche Distanzen abzudecken, vom Nahbereich bis zu größeren Arbeitsabständen. So können wir eine Kamera anbieten, die in vielen Szenarien verlässliche Ergebnisse liefert.“
Bewegungsstabile Tiefenerfassung in dynamischen Szenen
Ein zentrales Merkmal der Nion ist die geringe Bewegungsunschärfe. Das ist besonders wichtig für Logistik, Fördertechnik oder Anwendungen mit rotierenden Teilen. Denn Bewegungsunschärfe führt zu instabilen Tiefenwerten.
Patrick Schick: „Für jede Tiefeninformation benötigen iToF-Sensoren mehrere Phasenbilder derselben Szene. Bei vielen ToF-Kameras werden diese Phasenbilder nacheinander belichtet und jeweils einzeln aus dem Sensor ausgelesen. Zwischen diesen Belichtungen vergeht Zeit. Bewegt sich das Objekt währenddessen, stimmen die Phasenbilder nicht mehr exakt überein. Die Kamera berechnet die Tiefe aus Bildinformationen, die nicht mehr deckungsgleich sind. Das führt zu Unschärfen in der Tiefe. Beim onsemi Hyperlux Sensor der Nion werden alle Phasenbilder im Sensor gepuffert, bevor sie im Block ausgelesen werden. Die Belichtungen laufen dadurch nahezu ohne Unterbrechung. Damit bleiben die Bilder deckungsgleich und die Tiefenwerte stabil, auch wenn sich Objekte schnell durch das Bild bewegen.“
Stabil bei wechselndem Licht: Innen‑ und Außeneinsatz
Nion ist für Innen- und Außenanwendungen ausgelegt. Grundlage ist die hohe spektrale Empfindlichkeit des eingesetzten iToF-Sensors im 940-nm-Bereich in Kombination mit dem passenden Laserlicht im gleichen Wellenlängenbereich.
Patrick Schick: „Nion arbeitet im 940-nm-Bereich und reagiert damit deutlich unempfindlicher auf Sonnenlicht und viele künstliche Lichtquellen, die überwiegend in anderen Wellenlängenbereichen liegen. Das ist wichtig für Logistikzentren, Produktionshallen oder Außenbereiche. Anwender müssen keine aufwendigen Blenden oder Einhausungen einplanen, um verwertbare Daten zu bekommen. Die Kamera liefert in diesen Szenarien stabile Tiefenbilder, die sich direkt auswerten lassen.“
Typische Einsatzfelder von Nion
Nion eignet sich für viele industrielle Aufgaben. Die Kamera liefert Tiefeninformation in Szenen mit variierenden Abständen, Objektgrößen und Bewegungen. Sie arbeitet als Allround‑ToF‑System und passt damit in alle Umgebungen, in denen flexible und robuste 3D‑Erfassung gefragt ist.
Patrick Schick: „Ein großes Thema ist die Logistik. Hier geht es darum, Objekte zu erkennen, zu verfolgen oder zu vermessen, ohne Abläufe zu unterbrechen. Die Kamera erfasst Pakete und andere Güter unabhängig von Größe und Distanz und arbeitet zudem stabil bei Bewegung. Interessant sind auch Anwendungen wie Füllstandskontrollen oder Anwesenheitsprüfungen. In vielen Fällen lassen sich bestehende 2D‑Prozesse beibehalten und punktuell um Tiefendaten erweitern, wenn das für die Entscheidung im Prozess hilfreich ist.“
Einfache Integration in bestehende Systeme
Für den industriellen Einsatz ist die Einbindung in vorhandene Softwareumgebungen entscheidend. Nion ist GigE‑Vision‑konform und vollständig in die IDS‑Softwareumgebungen integriert.
Patrick Schick: „Wir wollten eine 3D‑Kamera, die sich wie eine klassische Industriekamera einsetzen lässt. Nion folgt dazu den GigE‑Vision‑Standards und ist vollständig in unsere IDS peak Software eingebunden. Das bedeutet, dass Anwender keine exotischen Speziallösungen benötigen, sondern die Kamera in bestehende Tools und Anwendungen ohne viel Aufwand integrieren können. Zudem ist Nion wie jede andere IDS 2D Vision Kamera vollständig in das IDS peak cockpit integriert. So sinkt der Aufwand beim Einstieg in 3D deutlich.“
Abgrenzung zu hochpräzisen 3D‑Technologien
Auf dem Markt existieren verschiedene 3D‑Ansätze, darunter Active‑Stereovision‑Systeme wie Ensenso für höchste Präzision. Nion bedient jedoch andere Einsatzszenarien.
Patrick Schick: „Hochpräzise 3D‑Technologien wie Active Stereovision sind die richtige Wahl, wenn es um feinste Details, höchste Tiefengenauigkeit und komplexe Messaufgaben geht. Nion ist anders positioniert. Die Kamera soll robuste Tiefendaten in einem attraktiven Preisbereich liefern, mit einem klaren Fokus auf einfacher Handhabung und Integration. Sie ersetzt keine High‑End‑3D‑Systeme, sondern ergänzt das Spektrum, wenn Anwendungen eine verlässliche, aber nicht maximal präzise Tiefeninformation benötigen.“
Weiterentwicklung der 3D‑Produktlinie
Nion ist als erster Baustein einer neuen 3D‑Familie angelegt. IDS plant Erweiterungen in unterschiedliche Richtungen.
Patrick Schick: „Wir haben uns mit der Markteinführung der Nion bewusst Zeit gelassen, Prototypen getestet und viel Feedback gesammelt. Diese Erfahrungen fließen auch in weitere Modelle ein. Denkbar sind Varianten mit größerem Sichtfeld, Multi‑Kamera‑Fähigkeiten oder zusätzlichen Funktionen. Ziel ist eine 3D‑Produktlinie, die alle Anforderungen abdeckt und unseren Kunden jeweils passende Lösungen anbietet.“
Weiterführende Informationen
- Time-of-Flight auf neuem Level - entdecken Sie die Vorteile der Nion: Zur Produktinformationsseite
- Entdecken Sie die Leistungsfähigkeit der Nion 3D Kamera. Lernen Sie die Vorteile der onsemi Hyperlux Technologie kennen und erfahren Sie, wie sie hochauflösende 3D Daten liefert, im Außenbereich robust arbeitet und zuverlässige Ergebnisse für schnell bewegte Objekte und anspruchsvolle Anwendungen ermöglicht: zum Video