Abstand über IR-Dioden

[superjany]

Hi Leute,

Also ich habe den Entschluss gefasst als BeLL (Besondere Lernleistung) in der Schule einen Roboter zu entwickeln. Erfahrung mit MCs ist da, aber mit Abstandsmessungen habe ich noch nicht allzu viel zu tun gehabt.
Meine Fragen: Kann man über IR-Dioden den ungefähren Abstand zu einem Körper auf eine Distanz von ca. 10 cm messen? Kann man auch Farben auf Grund derer Reflexionseigenschaften bestimmen, also zum Beispiel schwarz sendet nichts zurück und weis sehr viel. Kann man hier also mit IR arbeiten? Was haltet ihr von den IR-Sender und -empfängern bei Conrad? Kann man mit denen was anfangen?

Ich wäre eucht echt mächtig dankbar für jegliche Hilfe,
Jan

[REB]

Conrad ist eine Apotheke; schau mal bei den MItbewerbern (Reichelt, Krause, Micromaus,... nach.
ANsonsten: Ja, man kann mit z.B. dem Sharp Gpxxx (analog) so etwas messen

REB

[LordRayden]

Hm ..... sind Ultraschallsensoren nicht direkt besser zur Abstandsmessung geeignet, wenns nicht um die größe geht ????

[pebisoft]

hallo, ultra srf04/08 hat einen erfassungswinkel von ca 45 grad, der sharp hat nur eine punkförmige erfassung. um die gleiche fläche abzutasten brauchst du mindestens 2 sharpsensoren. sonst kann der roboter in eine nicht abgetastete lücke reinfahren und abstürzen.
mfg pebisoft

[superjany]

Naja, aber das ist doch relative teuer und außerdem sollen ja auch farben wahrgenommen werden können.

ich hatte mal eine primitieve farberkennung mit einer ir-lde und einem dazu passenden fototransistor gebaut, um eine linie auf dem boden zu erfassen (weis refelktiert, und schwarz absorbiert das ausgesendete licht). der abstand war dabei alerdings nur ein par mm. um selbiges über eine grössere distanz zu machen, wird wohl oder übel ein optik erforderlich.

ciao,
simon

[fornax]

obiger beitrag stammt von mir.

[darwin.nuernberg]

Also zum Farben erkennen...

mit nur einer LED / Fotoransistor kann lediglich die Stärke einer Reflexion bestimmt werden (hell/dunkel).

In jedem CCD (Videokamera/Digitalphoto) gibt es für jeden Bildpunkt drei Sensoren (auf einem Chip!). In Professionellen Kameras sind sogar drei seperate (S/W) CCD's, welche durch ein vorgestelltes Prisma bereits den gefilterten Spektralbereich scannen). In der Elektronik wird dann aus den drei einzelnen 'Frames' ein Gesamtergebnis mit der Farbinformation berechnet.

Im Falle einer IR-Diode wird eben nur soviel erfasst wie NUR Infrarot reflektiert wird. IR ist aber im eingentlichen Sinne keine Farbe, da der Mensch IR nicht sehen kann. Hier sollte man von Spektralbereich reden.

PS Ich war einmal völlig verduzt, als ich mit einem CCD experimentierte (SW) und dabei durch das Gehäuse meiner Grundig Fernbedienung hindurch sehen konnte,
welches für mich eigentlich schwarz erschien.

Das CCD konnte durch das für IR transparente Gehäuse 'sehen' und wurde in 'normale' Bildinformation umgesetzt und am Monitor so dargestellt als wäre es "ganz normales" weißes Licht.

Um Farbe auflösen zu können müsste das gesamte Farbspektrum gescannt werden.

In der Videotechnik begnügt man sich seit Anfang an auf Auszüge der Spektralfarben von ROT~700nm, GRÜN~546nm und BLAU~436nm, welche in der Ihren richtigen Verhältnissen als Summe (für den Menschen) weiß ergeben (additive Farbmischung)

Verhältnisse: Das menschliche Auge empfindet Licht unterschiedlicher Farben gelicher Intensität nicht gleich hell. (rot 30%, grün 59%; blau 11%. Quelle= Rose: Formelsammlung der Elektronik)



Um nun Farben (einigermaßen gur) zu erkennen müssten mindestens drei Scans erfolgen (für jede der drei Grundfarben) und in der Summe der Reflexion kann dann die Farbe berechnet werden.

PS Ich finde es auch so Toll wenn jemand mit seiner LED Lampe Angibt und behauptet, dass sein blauses Licht viel heller ist als das der mit weißem. Das kann ja auch sein, aber wenn man dann Farben erkennen will (z.B. Kabelfarben) steht man wieder auf dem Schlauch (Welches Kabel rot oder grün ist bei blauem Licht erkennbar? Antwort beide sind in bläulichem grau).

Man könnter mit nur einem Photosensor, die Farbe analysieren, wenn das Objekt (nacheinander) durch drei LED's (rot,grün,blau) bestrahlt wird. Allerdings müsste dies bei völliger Dunkelheit erfolgen, da Fremdlicht das Resultat verfälscht.

Dann können die einzelnen Messungen Ausgewertet und die entsprechende "Mischfarbe" berechnet werden.

Gold, Silber oder andere Metallic Farben werden so jedoch nicht erkannt, da diese in verschiedenen, sagen wir mal, unerschiedlichen Farben reflektieren, aber der Sensor nur ein Gesamtergebniss der Reflektion liefert.


* Ein CCD ist der Chip in den Kameras, welcher das Licht in Elektronische Bildinformationen umsetzt.

[REB]

@superjany: Ich denke es ist an der Zeit dass Du mal genau sagst was der Bot eigentlich können soll. Dann könnten wir Dich etwas besser beraten.
Zuerst war nur die Frage nach einem Abstandsensor, jetzt kommt die Farberkennung noch dazu. Was denn nu'?

REB

[RCO]

Ein weiteres Problem ist, dass man mit IR-Scheinwerfern, oder halt einer einfachen Led, nicht direkt den Abstand bestimmen kann, da der IR-Sensor nur die Intensität misst. Die Sharp-Sensoren benutzen zur ABstandsmessung auch ein anderes Verfahren.
Du weißt also nciht, ob du nah an einer dunklen oder weit weg von einer weißen Wand stehst. Eine Farberkennung ist über dieses Verfahren aus den von darWIN angegebenen Gründen schwierig.

MFG Moritz

[pebisoft]

hallo, ich habe hier im album bilder mit der kamera von conrad für 12 euro, wo das ir-licht des sharpsensors sichtbar ist als punkt und einmal ein bild, wo ich ir-dioden zum ausleuchten für die aufnahme der cmoskamera benutze.
mfg pebisoft

[pebisoft]

hallo, bei roboterteile-de gibt es eine cmukam2 für 135 euro, mit der kannst du dann deine versuche gestalten. die kamera ist hervorragend für den experimentellen standversuch aber nicht für einen fahrenden roboter.
mfg pebisoft

[darwin.nuernberg]

@superjany: Ich denke es ist an der Zeit dass Du mal genau sagst was der Bot eigentlich können soll. Dann könnten wir Dich etwas besser beraten.
Zuerst war nur die Frage nach einem Abstandsensor, jetzt kommt die Farberkennung noch dazu. Was denn nu'?
REB

Hat er Doch:
Abstandmessen UND Farben erkennen.

Just for INFO

Vergleich zwischen
[highlight=yellow:8634eaaec4]Abstandsmessung mit Licht und Schall[/highlight:8634eaaec4] (etwas Theorie)

Vernachlässigt man einmal die Problematik mit der Reflektionsstärke von Licht, haben wir ganz andere Probleme.

Licht breitet sich mit der Geschwindikgeit von ca. 300'000 km/Sekunde aus.
Schall breitet sich (ganz grob bezeichnet) mit 340 m/Sekunde aus. (abhängig von versch. Faktoren).

Möchte man die Laufzeit zur Abstandsmessung heranziehen, stoßen wir hier auf das Problem, dass unser Prozesor Ultraschnell sein muß um überhaupt eine Verzögerung zwischen Abgestrahlten und empfangenen Lischtimpuls zu erkennen (gescheige denn auszuwerten).

Bereits mit Schallgeschwindigkeit ergeben sich hier äußerst kurze Zeiten (3ms für 1m) , welche mit bescheidenen Mitteln noch zu erfasen sind. Die Lichtlaufzeit kann so ohne weiteres nicht direkt verwendet werden. (Wenn man in einem 'normalen' Kostenrahmen bleiben will.)

Schall benötigt für die Entferneung von 1m ca 3ms (Millisekunden) (0,003 S)
Licht benötigt für die Entfernung von 1m ca. 3,3 ns (Nanosekunden) (0,0000000033333 S)

Das über eine Zeitmessung (mit akzeptablen Toleranzen) zu verwirklichen wird nicht so einfach. Und dann möchten wir ja evt. noch kürzere Entfernungen messen.

Eine Möglichgkeit wäre hier eine Autonomer Sensor (analog), wecher uns eine bereits aufbereitetes Signal liefern könnte.

Eine Andere Möglichkeit wöre über Optische 3D Messung, wobei die Wahl der Ziel/Bezugspunktes ein weiteres Problem darstellt (eines von vielen).

Also 3D erst mal vergessen, wenn man nicht gleich einen PC mit zwei Framegrabbern und zwei Kameras einsetzen will. Und der macht dann auch nur die Abstandsmessung und nicht mehr viel mehr.

Ich hoffe die hier anwesenden Herren und Damen und Professoren stimmen mir zu.
Man muß immer den Aufwand und die dadurch gebundenen Kosten im Auge behalten.
Oder es gibt mittlerweile eine entsprechende Lösung, welche mir (noch) nicht bekannt ist.
Dr. Allwissen bin ich auch nicht.

PS an PEBISOFT: Sorry aber total am Thema vorbei.

[Manf]

Also 3D erst mal vergessen, wenn man nicht gleich einen PC mit zwei Framegrabbern und zwei Kameras einsetzen will. Und der macht dann auch nur die Abstandsmessung und nicht mehr viel mehr.

Sieh Dir doch mal eine Beschreibung des Sharp Senosrs GP2D12 an.
Es ist zwar nur 2D aber doch recht effizient, handlich und preiswert.
Manfred

http://www.informatik.uni-oldenburg.de/~trebla/GP2D12/gp2d12_old.pdf

[darwin.nuernberg]

Also 3D erst mal vergessen, wenn man nicht gleich einen PC mit zwei Framegrabbern und zwei Kameras einsetzen will. Und der macht dann auch nur die Abstandsmessung und nicht mehr viel mehr.

Sieh Dir doch mal eine Beschreibung des Sharp Senosrs GP2D12 an.
Es ist zwar nur 2D aber doch recht effizient, handlich und preiswert.
Manfred

http://www.informatik.uni-oldenburg.de/~trebla/GP2D12/gp2d12_old.pdf

Hallo Manf:
Habe ich nicht autonome Sensoren angesprochen?
Und den Sharp sehe ich als solchen, da er die eintsprechende Informationen / Meßergebnisse intern aufbereitet.

In diesem Thema ging es aber um Abstandsmessung mit LED's oder habe ich da was falsch verstanden?

[Manf]

Der Sharp Sensor hat eine IR-LED, einen PSD und etwas Signalaufbereitung. Man kann ihn Grundsätzlich auch auseinander nehmen und genauso oder so ähnlich wieder zusammensetzen.

Wenn man nach diesem Verfahren etwas ähnliches selber bauen will, dann sollte einen die bestehende Realisierung eher ermutigen.

Aber mit IR LEDs ist es sicher schwierig Farben zu bestimmen. Zur Farberkennung hatten wir gerade in einem parallelen Thread eine Diskussion.
https://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?p=54221#54221
Manfred

[darwin.nuernberg]

Der Sharp Sensor hat eine IR-LED, einen PSD und etwas Signalaufbereitung. Man kann ihn Grundsätzlich auch auseinander nehmen und genauso oder so ähnlich wieder zusammensetzen.

Wenn man nach diesem Verfahren etwas ähnliches selber bauen will, dann sollte einen die bestehende Realisierung eher ermutigen.

Aber mit IR LEDs ist es sicher schwierig Farben zu bestimmen. Zur Farberkennung hatten wir gerade in einem parallelen Thread eine Diskussion.
https://www.roboternetz.de/phpBB2/zeigebeitrag.php?p=54221#54221
Manfred

Hallo Manf,
ich will ja nicht kleinlich sein,
und entmutigen will ich auch niemanden.

Mit IR sollte es eigentlich unmöglich sein eine Farbe zu bestimmen und nicht nur schwierig.

Egal ob der Sensor fertig gekauft oder nachgebaut wird,


fest steht (meiner Meinung nach) dass es ein autonomer Senor ist und bleibt.

Der Sensor liefert ein fertig aufbereitetes Signal (egal welcher Art, analog oder Digital),

welches ohne erhebllichen Mehraufwand vom Prozessor verarbeitet werden kann.

Ich meine die CPU braucht sich für die eigentliche Messung nicht bemühen sondern erhält ein dem Abstand entsprechendes Signal. Punkt.

Man könnte jetzt noch einen Schritt weiter gehen und dem Sensor eine gewisse Intelligenz geben, so dass sich dieser nur bei erreichen eines bestimmten Wertes (über- oder Unterschreitung) bei der CPU Meldet, um dieser die ständige Überwachung abzunehmen. Also eine Art Interrupt alamierung. aber jetzt spregen wir dieses Thema.

Hallo Pebisoft, jetzt bin ich am Thema vorbei O:)

[Manf]

Thema: Abstand über IR-Dioden


jetzt bin ich am Thema vorbei
ja, O:)
Manfred

[ACU]

@Manf
Hast du schonmal in einen Sharp Sensor reingeschaut?
Da siehst du, dass man den nicht auseinander nehmen und wieder anders zusammensetzen kann.
Für alle, die es noch nicht gemacht haben:
Es ist sieht aus wie ein IC mit 2 Löchern.
Ein Loch ist der PSD, das andere die IR-Diode.


ACU

[Manf]

Hast du schonmal in einen Sharp Sensor reingeschaut?
Ja, ich habe auch dieses Bild hier vom Aufbau des Sharp Sensors gepostet damit ihn nicht jeder aufmachen muß. Das optische Element links ist die LED, rechts ist der PSD Sensor. Die Gehäusekappe enthält auch die Linsen für beide Elemente.

https://www.roboternetz.de/phpBB2/files/sharp-.jpg

In https://www.roboternetz.de/phpBB2/viewtopic.php?p=15807#15807 (schon etwas älter), ist ein Beispiel beschrieben, wie man die LED ersetzen kann. Das Steuersignal für die LED kann leicht von der offenen Schaltung abgegriffen und an eine andere IR Lichtquelle, in dem Fall an einen Laser weitergegeben werden.

https://www.roboternetz.de/phpBB2/files/05090004_.jpg

Mit der so neu gestalteten Schaltung kann beispielsweise ein erweiterter Entfernungsbereich abgedeckt werden. Die gezeigte Schaltung im Bild ist nur ein Messaufbau und enthält zusätzlich einen Lasertreiber.

Manfred

https://www.roboternetz.de/phpBB2/files/gp2d12__v-h_.jpg

[Andree-HB]

....in diesem Zusammenhang - Ich habe aus alten Laserbarcodescannern (Handgeräte) ein paar Scannermodule. Dort ist ein Umlenkspiegel, der über einen Spulenmagneten angesteuert/ständig geschwenkt wird und dann die Reflektion mittels einer Fotozelle aufnimmt und dann verarbeitet. Ich werde nachher mal ein Bild vom Aufbau posten, dann ist die Funktionsweise schnell verständlich

- edit -

http://www.pixelklecks.de/pictures/scanner.jpg

Weg hin (rot) : Laserdiode, fester Spiegel, oszillierender Spiegel, Objekt
Weg zurück (grün) : Reflektion (an blau), oszillierender Spiegel, fester Spiegel, Fotodiode

Diese Dinger möchte ich irgendwann mal als Linienscanner einsetzen (lesen bis auf etwa 30cm Entfernung Barcodes einwandfrei), weiss aber leider nicht, wie man die ansteuern und auswerten kann.