Dipl.-Ing. André Henkies :

Entwurf und Optimierung fremdlichttoleranter Tiefenkamerasysteme auf der Basis indirekter Lichtlaufzeitmessung

Dissertation angenommen durch: Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik, 2004-07-22

BetreuerIn: Prof. Ph. D. Bedrich Hosticka , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik

GutachterIn: Prof. Ph. D. Bedrich Hosticka , Universität Duisburg-Essen, Campus Duisburg, Fakultät für Ingenieurwissenschaften, Abteilung Elektrotechnik und Informationstechnik
GutachterIn: Prof. Dr.-Ing. Horst Fiedler , Universität Dortmund, Fakultät für Elektrotechnik

Schlüsselwörter in Deutsch: 3D-Kamera, Tiefenkamera, Abstandskamera, Systemmodellierung, Abstandsauflösung, CMOS-Bildsensor
Schlüsselwörter in Englisch: depth-resolution, 3D-camera, time-of-flight, mathematical model, CMOS sensor

  
   
 Klassifikation     
    Sachgruppe der DNB: 620 Ingenieurwissenschaften
  
   
 Abstrakt     
   

Abstrakt in Deutsch

Die Dissertation behandelt einen auf der Lichtlaufzeit basierenden Ansatz zum Aufbau sogenannter '3D-Kameras'. Dessen Umsetzung ermöglicht eine fremdlichttolerante Aufnahme von Abstandsbildern ohne bewegliche mechanische Komponenten. Die Helligkeitswerte der einzelnen Bildpunkte eines Abstandsbildes spiegeln den Abstand der betrachteten Objekte von der aufnehmenden Kamera wieder. Das Kernstück der Arbeit bildet der Entwurf eines detaillierten Modells des gesamten Systems '3D-Kamera'. Es deckt den vollständigen Signalpfad von der verwendeten Lichtquelle, über die abbildende Optik, den Sensorchip, bis hin zu der numerischen Berechnung der Tiefeninformation aus den aufgenommenen Rohbilddaten ab. Das aufgestellte Modell ermöglicht quantitative Aussagen über die zu erwartende Abstandsauflösung der 3D-Kamera.

Abstrakt in Englisch

The dissertation presents a time-of-flight approach to building so-called “3D-cameras”. Its implementation allows to take images containing the distance between the recorded objects and the 3D-camera without being affected by background light. No mechanically operated shutter is required. One major part of the dissertation is a detailed mathematical model of the complete system. The model considers illumination, optics, the image sensor inclusive external circuitry and the calculation of the distance data from the raw data read out from the CMOS-sensor. It allows quantitative predictions about the resolution of the 3D-camera.