07.06.2016

Multispektrale Kamera mit nur einer Optik

Deckungsgleiche, parallaxe­freie Bilder ver­ein­fachen Bild­daten­nach­ver­arbeitung.

Eine hoch auflösende Kamera, die mit mehreren Detek­toren durch ein und dasselbe Objektiv deckungs­gleiche Bilder für unter­schied­liche Spektral­bereiche erzeugt, haben Forscher des Fraun­hofer-Instituts für photo­nische Mikro­systeme entwickelt. Die Techno­logie ermöglicht gegen­über bisherigen Systemen zur multi­spektralen Bild­auf­nahme preis­werte Auf­bauten mit deutlich verein­fachter Bild­daten­nach­ver­arbeitung.

Abb.: Mit der Multi­spektral­kamera aufge­nommenes Bild im sicht­baren und infra­roten Spektral­bereich. (Bild: Fh.-IPMS)

Ob in der Sicherheitstechnik zur Überwachung von Flughäfen, Tunneln oder Bahn­höfen, in der Auto­mobil­technik bei Fahrer­assistenz­systemen, in der Fern­er­kundung und Umwelt­analytik, der indus­triellen Mess­technik oder Medizin­technik: Für viele Anwen­dungen ist es wünschens­wert oder gar not­wendig, spektral breit­bandige Bild­informa­tionen zu erhalten. Zusätzlich zum sicht­baren Spektral­bereich ist insbe­sondere der infra­rote Spektral­bereich mit Wellen­längen ober­halb einiger Mikro­meter interes­sant und bietet weitere Bild­infor­mationen, die im Sicht­baren unzu­gänglich, jedoch für viele Anwen­dungen wie zum Beispiel in der Gebäude­technik, der Feld­über­wachung oder in der Qualitäts­prüfung der Elektronik­produktion sehr nützlich sind.

Derzeit am Markt erhältliche Systeme verwenden für unter­schiedliche Spektral­bereiche jeweils ange­passte Optiken, Materi­alien und Kompo­nenten. Für Objektive im infra­roten Spektral­bereich können beispiels­weise keine klassischen Gläser verwendet werden, da diese dort nicht trans­parent sind. Hier kommen oft Linsen aus teuren Halb­leiter­materi­alien zum Einsatz. Darüber hinaus ist eine Bild­auf­nahme mit mehreren Kameras aus unter­schied­lichen Richtungen stets mit einer Parallaxe behaftet. Diese erfordert dann bei der exakten Zuordnung der Bild­daten unter­schied­licher Kameras eine auf­wändige Nach­ver­arbeitung der Bild­daten.

„Diese Nachteile können mit unserer multi­spektralen Kamera, die mit mehreren Detek­toren durch nur eine Optik deckungs­gleiche, parallaxe­freie Bilder erzeugt, behoben werden“, sagt Sebastian Meyer vom Fraun­hofer IPMS. „Die Verwendung eines Objektivs, dessen optische Funktions­flächen aus Spiegeln bestehen, bietet aufgrund der Farb­fehler­frei­heit von Spiegeln nicht nur die Chance, handels­übliche Kamara­systeme zu ersetzen, sondern auch völlig neue Anwen­dungen, für die Gewicht und Bauraum kritisch sind, zu erschließen.“

Um diese Chance zu nutzen, hat das Team von Meyer ein voll­reflektives, multi­spektrales Kamera­system entwickelt, das zwei Bild­sensoren für unter­schiedliche Spektral­bereiche hinter einem gemein­samen Objektiv nutzt. Das Objektiv ist dabei als Schief­spiegler­optik ausge­legt, welche bauart­bedingt die in bis­herigen Systemen auf­tretenden chroma­tischen Aberra­tionen oder Zentral­ab­schattungen vermeidet. Die einzelnen Spiegel­flächen werden zur Korrektur von geome­trischen Abbildungs­fehlern teil­weise asphärisch ausge­führt und zur Sicher­stellung einer hohen Reflek­tivität über einen breiten Spektral­bereich mit geeig­neten Vergütungs­schichten versehen. Die Wahl der Spektral­bereiche wird auf­grund der Farb­fehler­frei­heit des Objektivs nur noch durch die zur Verfügung stehenden Detek­toren begrenzt. Die Forscher haben Objektiv und Bild­sensoren mit Elek­tronik und Soft­ware bereits in einem ersten Funktions­demonstrator integriert.

Fh.-IPMS / RK

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