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Clevere Belichtungsregelung vermeidet Übersättigung

In der Studie „Automotive Lidar Market for Adas and Automated Driving, Global 2016“ prognostizieren die Analysten, dass bis zum Jahr 2025 das kontaktlose beziehungsweise das Solid-State-Lidar flächendeckend in den Markt drängt. Die Nachfrage nach 3D-Mapping und Bildgebung, einer verbesserten Gesamtleistung, automatisierter Verarbeitung von grafischer Datenerfassung und autarken Sensoren mit Höchstleistungen in der Dämmerung seien Faktoren, welche die Entwicklung und Annahme von Lidar-Sensoren in Sensoreinheiten von Fahrerassistenzsystemen für automatisierte Fahrzeuge vorantreiben, heißt es in der Studie.

Der neue Bildsensor der Sensor2Cloud-Familie von Unitronic ist für dieses Aufgabengebiet ausgelegt und verwendet acht Zeilen mit jeweils 2048 Bildpunkten, die aus vier Zeilen mit 4 µm x 8 µm großen und vier Zeilen mit 4 µm x 4 µm großen Pixeln bestehen. Der Container aus großen Pixeln sorgt für eine hohe Empfindlichkeit, während die kleinen Pixel ein feines Signal mit einer effektiven Auflösung von bis zu 8192 Bildpunkte bei geringer Verlustleistung und kompakter Größe liefern können.

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Der Sensor besitzt eine konfigurierbare synchronisierte 10 bis 12 Bit breite Parallelausgangsschnittstelle sowie ein proprietäres und I²C-Interface. Im Sensor integriert ist eine CDS-Funktion zur Rauschunterdrückung bei festen Mustern, Umgebungslicht-Subtraktion sowie über einen Onboard-Testmodus. Das optimiert die Erfassung von Messwerten und führt zu deutlich besseren Analysen.

Vorgesehene Anwendungsbereiche für den Sensor sind Machine-Vision-Applikationen wie Roboter-Lidar-Barcode-Leser, Industrie 4.0 und Automotive. Die hohe Zahl der Bildpunkte ermöglicht eine detailreiche Auflösung von Messwerten. Der NSI3100 unterstützt programmierbare Datenübertragungsgeschwindigkeiten mit einer hohen Bildrate und hat eine automatische Belichtungssteuerung. Letzteres sorgt dafür, dass bei nahen Objekten eine Sättigung vermieden wird, während sich die Empfindlichkeit gegenüber entfernten Objekten erhöht.

Auf diese Weise lassen sich realitätsnahe und praxisorientierte Werte in einem breiten Radius ermitteln. Die automatische Spitzenwerterkennung für die Triangulation und die Konfiguration pro Bild ermöglicht zudem eine spontane Reaktion auf Ereignisse. Aufgrund dessen sind mit dem NSI3100 zahlreiche Lösungen im Bereich des autonomen Fahrens, aber auch in der Logistik oder bei intelligenten Haushaltshelfern realisierbar.

„Mit den neuen Bildsensoren von Newsight Imaging können Unternehmen kosteneffiziente Lösungen für volumenstarke und wettbewerbsintensive Märkte entwickeln“, charakterisiert Eduard Schäfer, Leiter der Sensorabteilung bei Unitronic, die Einsatzfelder des Sensors, „durch den geringen Stromverbrauch ist er auch sehr gut für wieder aufladbare und batteriebetriebene Produkte geeignet.“ Unitronic sieht den NSI3100 auch im Einsatz, wenn hohe Leistungen für intensive Algorithmen und Berechnungen gefordert werden.

Die von Newsight verwendete Technologie kombiniert auf einem Chip digitale Verarbeitung mit analogen Einheiten. Wesentliche Merkmale sind eine große Genauigkeit, hohe Auflösung und Empfindlichkeit, wodurch diese Sensor-Generation das Anforderungsprofil von Großserien abdeckt. Als Zielmärkte für solche CMOS-Line-Image Sensoren sieht Unitronic etwa die visuelle Sicherheitslösungen bei Lidar-Anwendungen für die Automobilindustrie, denn sie bieten auf einer Plattform höchste Empfindlichkeit, Leistung und Genauigkeit.

Beispielsweise unterstützt eine Hinderniserkennung den Fahrer, um den notwendigen Abstand zu anderen Fahrzeugen oder sonstigen Gefahren einzuhalten. Der Sensor bietet die Möglichkeit, den individuell gewünschten Abstand zu den Fahrzeugen vor oder hinter einem Objekt einzustellen. Wird der vorgegebene Wert überschritten, erhält der Lenker automatisch visuelle Informationen des Bordcomputers. Der Entfernungsalarm soll dem Fahrer helfen, mit Hilfe der 3D-Bildgebungstechnologie die Geschwindigkeit und Entfernung abzuschätzen. Zum Einsatz kommt diese Technik in aktiven und passiven Fahrzeugsicherheitssystemen, die Kameras für die Abstandsmessung einsetzen. Aufgrund der besonders hohen Auflösung des Line-Image Sensors ist eine bessere Objekterkennung möglich und wird auch Anwendungen wie Rückfahrverbesserung, Nachtsicht und Spurhaltemeldung optimieren.

Hochpräzise Georeferenz von 3D-Karten-Bildern

Autonome Haushaltsgeräte wie Service-Wisch- und Staubsaugroboter erfreuen sich in privaten Haushalten, aber auch im gewerblichen Bereich, immer größerer Beliebtheit. Die intelligenten Helfer nutzen ebenfalls Bildsensorik. Das ermöglicht die präzise Erkennung von Hindernissen und erlaubt es beispielsweise dem Saugroboter, bestimmte Objekte bei seinem Reinigungsprozess zu umfahren. Um den Reinigungsjob in der erwünschten Qualität zu bewältigen, sind diese Geräte darauf angewiesen, hochauflösende Bilder und genaue Daten über die Objekte und deren Entfernung zu erhalten, um Kollisionen und mögliche Beschädigungen an kostbaren Möbeln zu vermeiden.

Der CMOS-Bildsensor-Chip ermöglichet auch in Drohnen eine effizientere, zuverlässigere und präzisere Echtzeit-Bildverarbeitung. Hersteller der Flugkörper sind beispielsweise verpflichtet, eine hochpräzise Georeferenz von 3D-Bildern und Kartenfunktionen zu liefern. Dafür kommt die Landvermessungstechnik „Laser Lidar“ zum Einsatz, die auf hochpräzisen Laser-Scannern basiert. Diese ermöglichen die genaue Positionierung und Ausrichtung eines Lasers, wenn er auf ein Objekt trifft. Drohnen, die etwa für die Erstellung einer Echtzeit-Geländekarte verwendet werden, müssen aus großer Höhe verlässliche Bilder über eine Landschaft und die darin vorhandenen Objekte liefern. Die hier vorgestellten CMOS-Line-Sensoren haben dazu die nötige Empfindlichkeit und Auflösung, die in diesem Umfeld zwingend notwendig ist.

* Petra Adamik ist freie IT-Autorin und Technik-Redakteurin für Unitronic, München.

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