Performance evaluation of a Range Camera SR4000

Abstract

Diese Diplomarbeit befasst sich mit der Leistungseinschätzung einer Distanzkamera SR4000. Distanzkameras sind eine relativ junge Technologie, deren Messmethode einen entscheidenen Vorteil hat: Massenweise Punktbestimmung basierend auf Laufzeitmessung. Die Messungen einer Distanzkamera werden jedoch durch verschiedenste Einflussfaktoren beeinträchtigt.<br />Dadurch ist die Zuverlässigkeit der Messungen und deren Messgenauigkeit eingeschränkt.<br />Vier verschiedene Einflussfaktoren und ihre Auswirkungen auf die Messungen der Kamera stehen im Mittelpunkt dieser Diplomarbeit. Vier unterschiedliche Tests wurden daher durchgeführt, basierend auf zwei Zielobjekten, die stark unterschiedliche Reflektivitäten aufweisen (10% bzw. 99%). Durch die Analyse der gewonnenen Distanz- und Amplitudenmessungen, können Schlüsse betreffend der Messleistung der Kamera gezogen werden.<br />Zunächst wird das Aufwärmverhalten der Kamera untersucht. Da sich die Kamera während der Verwendung erwärmt und vor allem am Anfang einer Datenaufnahme eine gewisse Zeit benötigt um stabile Messungen zu liefern, wird genau dieser Zeitfaktor hier analysiert, um am Ende eine bestimme Aufwärmzeit de finieren zu können.<br />Der zweite Test konzentriert sich auf die Beobachtungsdistanzen, da Änderungen der Distanzen zwischen Kamera und Objekt die Messungen beeinflussen. Ein funktionales Modell wird vorgestellt, mit dem Aussagen über die Messgenauigkeit der Distanzmessungen getroffen werden können. Zum Dritten werden Änderungen der Integrationszeit untersucht. Die Integrationszeit stellt einen sehr wichtigen Faktor dar, da sie den Zeitraum festlegt, in dem jedes Pixel Licht aufnimmt. Unterschiedliche Integrationszeiten verursachen zudem Unterschiede in den Ergebnissen der Distanzmessung. Das Ausmaß der auftretenden Differenzen wird hier untersucht. Der vierte Test widmet sich dem Hintergrundlicht. Obwohl in die Kamera ein optischer Filter integriert ist, dringt trotzdem eine gewisse Menge an Licht zu dem Sensor durch und beeinträchtigt die Messresultate.<br />Der letzte Teil dieser Diplomarbeit beschäftigt sich mit der Referenzvermessung.<br />Die Distanzen zwischen Kamera und Objekt wurden auf der einen Seite mit der Distanzkamera und auf der anderen Seite mit einer Totalstation bestimmt. Die Ergebnisse der Messungen werden hier verglichen.<br />

This thesis deals with a performance evaluation of a range camera SR4000.<br />Range cameras represent a young technology and their measurement method oers an essential advantage: Masses of points can be determined simultaneously by runtime measurement. The measurements of a range camera are impaired by various factors of influence though. Hence, the reliability of the measurements and the measurement accuracy are restricted.<br />Four different factors of influence and their impacts on the camera's measurements are in the focus of this thesis. Four different tests have hence been performed with two targets which have a very dierent reflectivity of 10% and 99%, respectively. By analysing the distance measurements and the amplitude measurements of the camera, statements on the camera's performance can be made.<br />First, the process of the measurements during the warm up time is investigated.<br />As the camera warms up during the use and especially needs some time in the beginning of a data acquisition to achieve a stable performance, this specifi c factor of influence is in the focus of analysis in order to specify a certain warm up period. The second test concentrates on the observed distances as changing the distances between camera and object aects the camera's measurements. A functional model is presented to provide information on the distance measurement accuracy. Third, variations of the integration time are examined. The integration time is a very important factor as it de fines how long each sensor pixel collects light. Furthermore, different integration times cause dierent measurement results. The extent of these differences is investigated here. The fourth test deals with the background light as influencing factor. Although the camera has an integrated optical filter which prevents background light from reaching the sensor, some light still gets through and impairs the camera's measurements.<br />The last part of this thesis addresses the performed reference survey.<br />The distances between camera and object were determined with the range camera on the one hand and with a total station on the other hand. Here, the outcomes are compared.