Lasertriangulation: Von der Laserlinie zum Höhenprofil
Die Lasertriangulation funktioniert, indem eine Laserlinie auf ein Objekt projiziert und deren Reflexion in einem Winkel auf einem CMOS-Detektor erfasst wird. Betrachtet man eine Spalte von Pixeln auf dem CMOS-Detektor, bildet die Lichtintensität eine Gauß-Kurve (mit einem klaren Peak).
Im Sensor stehen vier auswählbare Algorithmen zur Verfügung, um diese Reflexionskurve in Höhen- oder Positionsinformationen umzuwandeln. Die berechneten Laserlinienpositionen aus einem einzelnen Bild werden als Profil bezeichnet und stellen einen Querschnitt des Zielobjekts dar. Durch die Bewegung des Sensors oder des Objekts können mehrere Höhenprofile erfasst werden, um eine vollständige 3D-Darstellung des Objekts zu erzeugen.
Maximum Intensity Profile Mode (MAX)
- Den Positionswert des maximalen Punktes (𝑃MAX)
- Den maximalen Intensitätswert (𝐼MAX)
Die Position wird mit Pixelgenauigkeit bestimmt (z. B. bei 3072 Zeilen liegt der Bereich zwischen 0 und 3071 Pixeln, entsprechend 12-Bit-Auflösung). Wenn mehrere lokale Maxima existieren (z. B. bei Intensitätssättigung), wird die Position des ersten erkannten Maximums ausgegeben. Intensitätssättigung kann durch zusätzliche Sensorfunktionen vermieden werden.
Threshold Mode (TRSH)
In diesem Modus werden die Positionen der linken (𝑃𝐿) und rechten (𝑃𝑅) Kante des Laserstrahlprofils basierend auf einem definierten Intensitätsschwellenwert identifiziert.
Die finale Position der Laserlinie wird berechnet als
𝑃TRSH=(𝑃𝐿+𝑃𝑅)2.Center Of Gravity Mode (COG)
- Die linke Kantenposition (𝑃𝐿) des Laserstrahlprofils bei einem bestimmten Intensitätsschwellenwert.
- Die Summe der Intensitätswerte (𝐼𝑆): 𝐼𝑆 = ∑𝐼𝑝
- Der erste Moment (𝑀𝑆): 𝑀𝑆 = ∑(𝐼𝑝 × 𝑃)
Die Laserlinienposition wird dann wie folgt berechnet:
𝑃𝐶𝑂𝐺=𝑃𝐿+𝑀𝑆𝐼𝑆
Dieser Algorithmus erreicht hohe Subpixel-Präzision, und die durchschnittliche Intensität des Laserstrahls kann berechnet werden, indem die Intensitätssumme (𝐼𝑆) durch die Linienbreite normalisiert wird
FIR Peak Mode (FIRPeak)
In diesem Modus wird die erste Ableitung der Intensitäts-Gauß-Kurve des Laserstrahlprofils berechnet.
Die Nullstelle der ersten Ableitung wird mit Subpixel-Genauigkeit erkannt und ausgegeben. Dieser Modus erfordert die Festlegung von zwei Schwellenwerten, um effektiv zu arbeiten.
