„Swiss Army Knife of 3D Cams“ – Innovation durch Sensorfusion. (Elektronik, Algorithmik, Machine Learning, Konstruktion, Embedded System)

Allgemeines zum Projekt

Projekttitel: „Swiss Army Knife of 3D Cams“ – Innovation durch Sensorfusion. (Elektronik, Algorithmik, Machine Learning, Konstruktion, Embedded System)

Betreuer: Prof. Robert Lange

E-Mail: robert.lange@h-brs.de           

Anzahl Plätze:   2

Start: Sommersemester 2024

Studiengänge:

• Elektrotechnik  Schwerpunkt Elektrotechnische Systementwicklung
• Maschinenbau  Schwerpunkt Mechatronik
• Maschinenbau  Schwerpunkt Virtuelle Produktentwicklung
• Nachhaltige Ingenieurwissenschaft

Kurzbeschreibung

Moderne 3D-Kameras spielen heutzutage, oft unbemerkt, eine entscheidende Rolle in zahlreichen Lebensbereichen. Sie sind in industriellen Anwendungen, autonomen Fahrzeugen, Robotertechnik und sogar in der Gesichtserkennung auf Smartphones zu finden. Diese Kameras ermöglichen es technischen Systemen, ihre Umgebung präzise zu erfassen, Gefahren zu identifizieren und interaktiv zu agieren.

Es gibt verschiedene Technologien in diesem Bereich, darunter Stereo-Vision-Kameras, Streifenlicht- und Musterprojektionskameras sowie Lidar- und Time-of-Flight (ToF)-Systeme. Jede Technik hat ihre spezifischen Stärken und Schwächen und eignet sich je nach Anwendungsbereich unterschiedlich gut. Um die bestmögliche Lösung für diverse Anwendungsfälle zu entwickeln, ist ein tiefes Verständnis dieser Messverfahren unerlässlich. Wir arbeiten mit unterschiedlichen 3D-Kameratechnologien und fusionieren verschiedene Ansätze, um leistungsfähigere Systeme zu schaffen.

Für unsere Entwicklungen nutzen wir sowohl Open-Source-Projekte als auch Evaluations- und Entwicklungs-Kits von führenden Herstellern wie Intel, Sony und Melexis. Diese ermöglichen es uns, die neuesten technologischen Fortschritte direkt in unsere Entwicklungen zu integrieren. Sie bieten nicht nur wertvolle Einblicke in diese sich rasant entwickelnde Technologie, sondern auch Zugang zu umfassendem Support. Die Flexibilität dieser Kits und Open-Source-Projekte eröffnet uns umfangreiche Möglichkeiten für eigene Entwicklungen und Forschungen.

Im vergangenen Jahr haben wir auf Basis einer Evaluationsplattform die Entwicklung einer neuen, erweiterten 3D-Kamera basierend auf ToF-Technologie begonnen. Diese Vorarbeiten bieten vielversprechende Ansätze, die auf andere Systeme übertragbar oder weiterentwickelbar sind. Es stehen verschiedene Sub-Projekte zur Auswahl, die je nach persönlichen Vorkenntnissen und Interessen vertieft oder kombiniert werden können, einschließlich:

• Modulierbare, skalierbare Laserbeleuchtung aus VCSEL-Arrays (unterschiedliche Strahlprofile und Leistungen).
• Strahlformungsoptik.
• Untersuchung, Vermessung und Optimierung der Performanz der 3D-Kamera.
• Algorithmik zur effizienten Berechnung einer kalibrierten 3D-Punktewolke.
• Verfahren zur weiteren Rauschreduktion der 3D-Algorithmik
• Machine Learning Ansätze für Basisalgorithmik oder Anwendungsprogrammierung
• Konstruktion einer mikrooptischen Systemarchitektur
• Konstruktion automatisierter Testaufbauten (inkl. Universal- Roboterarm)
• Portierung der Auswerte-Algorithmik auf ein Embedded System (Microcontroller oder FPGA)

In unserem Team arbeiten Sie mit anderen Masteranden und Doktoranden zusammen und erhalten Einblicke in verwandte Themen sowie interdisziplinäre Unterstützung.

Projektphasen

Masterprojekt 1: Einarbeitung, Optische Abstandmessung, Benchmarking bestehender Systeme. Konzeptentwurf Hardware oder Algorithmik (je nach Schwerpunkt).

Masterprojekt 2: Erste Umsetzung des Konzeptes gestützt durch Vorversuche und Simulationen (Nach Absprache ist eine wissenschaftliche Publikation möglich.)

Masterthesis: Optimierung / Aufbau und Vermessung der neuen Kamera / Algorithmik.