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Lichtstreuung

Mit dem Lichtecho wird Unsichtbares sichtbar

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Der technische Aufwand hierfür ist vergleichsweise gering – entsprechende Bildsensoren sind längst auf dem Massenmarkt angekommen. Man findet sie vor allem in Tiefenbildkameras, wie sie etwa zur Steuerung von Videospielen oder für Abstandsmessungen im Automobilbereich verwendet werden.

Die eigentliche Herausforderung ist, solchen Laufzeitmessungen die gewünschte Information zu entlocken. Hullin vergleicht die Situation mit einem Raum, der so stark nachhallt, dass man sich nicht mehr mit seinem Gegenüber unterhalten kann: „Im Grunde messen wir nichts anderes als die Summe zahlreicher Lichtreflexionen, die auf verschiedensten Wegen in die Kamera gelangt sind und sich dort überlagern.“

Minimaler technischer Aufwand und intelligente Programmierung

Dieses Problem ist als Multipfad-Interferenz bekannt und bereitet Ingenieuren seit Langem Kopfzerbrechen. In der Regel wird versucht, die unerwünschte Multipfad-Streuung zu entfernen und lediglich den direkten Anteil des Signals zu verwenden. Basierend auf einem ausgeklügelten mathematischen Modell entwickelten Hullin und seine Kollegen hingegen ein Verfahren, das die gewünschten Informationen ausschließlich aus dem Störanteil des Signals gewinnen kann. Da dieser auch von Gegenständen herrührt, die sich überhaupt nicht im Blickfeld befinden, können die Forscher so quasi Unsichtbares sichtbar machen.

„Die Genauigkeit unseres Verfahrens hat natürlich ihre Grenzen“, sagt Prof. Hullin – noch beschränken sich die Ergebnisse auf grobe Umrisse. Der Forscher geht allerdings davon aus, dass aufgrund der rasanten Entwicklung technischer Bauteile und mathematischer Methoden bald eine noch höhere Auflösung erreicht werden kann. Zusammen mit seinen Kollegen wird er das Verfahren bei der internationalen Konferenz für maschinelles Sehen und Mustererkennung (CVPR) vom 24. bis 27. Juni in Columbus (Ohio/USA) vorstellen. Das Interesse an der neuen Technologie ist groß – Hullin hofft, dass sich ähnliche Ansätze auch etwa in der Telekommunikation, der Fernerkundung und der medizinischen Bildgebung verwenden lassen.

Mit dem Thema Lichtstreuung befassen wir uns auch in unserem Webinar „Dynamische Lichtstreuung mit dem Wyatt DynaPro NanoStar“. Die Anmeldung für das Webinar ist kostenlos.

Originalpublikation: Felix Heide, Lei Xiao, Wolfgang Heidrich und Matthias B. Hullin, „Diffuse Mirrors: 3D Reconstruction from Diffuse Indirect Illumination Using Inexpensive Time-of-Flight Sensors“.

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