Neue Infrarotkamera für mehr Sicherheit beim autonomen Fahren
Aufgebaut aus kleinen Bolometerarrays und einer katadioptrischen Optik punktet die Kamera mit hoher Lichtstärke und Winkelauflösung.
Der Herbst ist da. Und mit ihm Regen, Nebel und die früh einsetzende Dunkelheit. Im Straßenverkehr erfordert das erhöhte Aufmerksamkeit, denn die Sichtverhältnisse verschlechtern sich zunehmend. Wärmebildkameras, die Menschen auch bei schlechten oder eingeschränkten Sichtverhältnissen zuverlässig erkennen, können hier für mehr Sicherheit sorgen. Das gilt besonders für autonome Fahrzeuge, bei denen eventuell gar kein Mensch mehr konstant den Fahrtweg beobachtet. Forscher des Fraunhofer-Instituts für angewandte Optik und Feinmechanik haben jetzt eine kostengünstige und zugleich leistungsstarke Infrarotkamera entwickelt, die besonders für den Einsatz in autonomen Fahrzeugen geeignet ist.
Das Team vom Fraunhofer-IOF hat es sich zur Aufgabe gemacht, eine Wärmebildkamera für den Einsatz im Straßenverkehr zu entwickeln. Daraus ist eine neuartige Infrarotkamera entstanden, die im Wellenlängenbereich von 8 bis 14 Mikrometern arbeitet – also genau dem Bereich, in dem auch die Wärmestrahlung liegt, die Menschen bei Tag und Nacht abgeben. Zusätzlich ist es den Forschern gelungen, die Technologie besonders kostengünstig und trotzdem leistungsfähig zu realisieren.
„Diese Technologie kann die Sicherheit im Straßenverkehr signifikant erhöhen und Unfälle vermeiden“, erklärt Projektleiter Martin Hubold. „Das schafft sie, indem sie gängige Kamerasysteme und Sensoren, wie Lidar oder Radar, bei schwierigen Sichtbedingungen ergänzt, ohne eine aktive Beleuchtung zu benötigen.“
Bei der Umsetzung der neuartigen Infrarotkamera ließen sich die Forscher von ihren Erfahrungen mit Multiaperturkameras leiten. „Die Kernidee besteht darin, die Kamera aus mehreren kleinen und kostengünstigen Bolometerarrays aufzubauen“, sagt Hubold. Die einzelnen Bildbereiche werden durch eine Software zu einem großen Gesamtbild mit einer Auflösung von aktuell 530 x 210 Pixeln über ein Gesichtsfeld von 34 x 13 Grad zusammengesetzt.
Auf den Sensoren sitzt eine katadioptrische, also aus Spiegeln und Prismen zusammengesetzte, Optik. Sie ermöglicht eine mit gerade mal zehn Millimetern besonders flache Bauweise. Zu ihrer Herstellung wurden in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie skalierbare und kostengünstige lithografische Methoden sowie im Automotive-Bereich etablierte Materialien genutzt. So kann die Kamera mit hoher Lichtstärke und Winkelauflösung punkten, während gleichzeitig die Bauform platzsparend gehalten wird.
Dank ihres horizontal weitreichenden Gesichtsfeldes ist die Kamera besonders gut für die Erkennung von Menschen, etwa am Straßenrand oder auf Fahrradwegen, geeignet. Die Technologie adressiert damit Fahrerassistenzsysteme und autonome Fahrzeuge Level 3 und höher gleichermaßen.
Der neuartige Ansatz der Kamera nutzt einerseits kommerziell verfügbare Infrarot-Sensoren, andererseits eine Optik, die im Wafer-Maßstab hergestellt werden kann. „Mit der Waferlevel-Herstellung der Kamera können wir die Produktion vereinfachen und die Herstellkosten deutlich senken“, betont Hubold.
Neben dem Einsatz in autonomen Fahrzeugen bietet die Infrarotkamera deshalb auch für andere Anwendungen vielfältige Möglichkeiten. Dazu gehören die Detektion von Wärmeverlusten, Sicherheitsanwendungen bei der Kontrolle von Deponien oder bei Feuerwehreinsätzen sowie neue Konzepte in der Überwachung industrieller Prozesse.
Fh.-IOF / RK
