Freizeitprojekt: Stereo Kamera mit integrierter IMU

Die Stereokamera auf einem Stativ.

Geöffnetes Gehäuse der Stereokamera. Im unteren Gehäuseteil die beiden Kameras und im oberen Gehäuseteil der Arduino Nano zusammen mit der IMU.

Geöffnetes Gehäuse der Stereokamera mit demontierten Kameras.

Geöffnetes und verkabeltes Kameragehäuse. An der roten Lampe der IMU sieht man, dass der Arduino an einen PC angeschlossen ist.

Zum gleichen Zeitpunkt aufgenommene Bilder

Rektifizierte Bilder der Stereokamera. Am fallenden Ball und der roten Linie kann man sehen, dass beide Kameras zum gleichen Zeitpunkt ausgelöst haben. In den Randbereichen der Bilder sieht man, dass nicht alle graden Linien grade sind und die Kalibrierung hier nicht ganz korrekt ist.

IMU im Vergleich zu einem 5Cent-Stück.

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Präzise Sensorik im Custom-Gehäuse

Im Rahmen eines eigenständigen Projekts habe ich ein 3D-gedrucktes Custom-Gehäuse für ein hochpräzises inertiales Stereokamera-Setup entworfen und konstruiert. Das Design erstellte ich mit Google SketchUp und nutzte für die Fertigung den damals ersten verfügbaren 3D-Drucker an der Universität (ein Ultimaker).

Das Gehäuse integriert folgende Komponenten:

1. Zwei Industriekameras (Monochrom, 640x480 Pixel, bis zu 60 FPS). (Die Kameras wurden kosteneffizient über eBay beschafft, damals basierend auf FireWire-Technologie.)
2. Die Objektive besitzen einen extrem großen Öffnungswinkel von fast 120 Grad. Diese Ultra-Weitwinkel-Eigenschaft stellte die Kalibrierung vor besonders komplexe Herausforderungen.
3. Eine Inertiale Messeinheit (IMU) mit sechs Freiheitsgraden zur präzisen Bewegungserfassung.
4. Einen Arduino Nano für das Triggering der Kameras.

Embedded- und System-Software

Das zentrale technische Ziel war die Hardware-Synchronisation aller Komponenten. Dafür war eine umfassende Softwareentwicklung notwendig:

1. Embedded-Software: Die gesamte Steuerungssoftware für den Arduino Nano wurde von mir entwickelt. Sie stellt sicher, dass Kameras und IMU zeitlich exakt synchron ausgelöst werden (synchronisiertes Triggering).

2. Host-Software: Zusätzlich wurde die notwendige Host-Software für den PC geschrieben, um die Kameras anzusteuern und die aufgenommenen Bilder sowie die IMU-Daten zuverlässig auszulesen und zu verarbeiten.

Dieses Projekt demonstriert meine Kompetenz in der Hardware-Konstruktion, dem Embedded Programming sowie der Systemintegration von Computer-Vision-Lösungen.