Fraunhofer IPMS:HiRes-Kamera auf Optatec Mehrere Detektoren - ein Objektiv - Multispektral

Mit der Multispektralkamera aufgenommenes Bild im sichtbaren und infraroten Spektralbereich.
Mit der Multispektralkamera aufgenommenes Bild im sichtbaren und infraroten Spektralbereich.

Das Fraunhofer-Institut IPMS hat eine hoch auflösende Kamera entwickelt, die mit mehreren Detektoren durch ein Objektiv deckungsgleiche Bilder für unterschiedliche Spektralbereiche erzeugt. Ein Prototyp wird auf der Optatec vom 7.-9. Juni in Frankfurt am Main vorgestellt.

Notwendigkeit von breitbandigen, spektralen Bildinformationen

In der Sicherheitstechnik (z. B. zur Überwachung von Flughäfen, Tunneln oder Bahnhöfen), Automobiltechnik (z. B. bei Fahrerassistenzsystemen), Fernerkundung, Umweltanalytik, industriellen Messtechnik und Medizintechnik sind spektrale breitbandige Bildinformationen nicht nur wünschenswert, sondern notwendig. Neben dem sichtbaren Spektralbereich ist v. a. der IR-Bereich von Interesse. Der infrarote Spektralbereich bietet Bildinformationen, die im sichtbaren Licht unzugänglich sind - für Anwendungen in der Gebäudetechnik, Feldüberwachung oder Qualitätsprüfung von Elektronikprodukten aber nützlich sind.

Kameras mit mehreren Optiken für unterschiedliche Spektralbereiche

Derzeit auf dem Markt erhältliche Kameras verwenden für die unterschiedlichen Spektralbereiche jeweils angepasste Optiken, Materialien und Komponenten. Für Objektive im infraroten Spektralbereich können beispielsweise keine herkömmlichen Gläser verwendet werden, da diese im IR nicht transparent sind. Häufig werden Linsen aus Halbleitermaterialien verwendet. Eine Bildaufnahme mit mehreren Kameras aus unterschiedlichen Richtungen erzeugt stets Parallaxe. Als Parallaxe wird das Phänomen einer scheinbaren Positionsänderung eines Objektes beschrieben, das der Beobachter empfindet, wenn er seine eigene Position verändert. Beim Auftreten der Parallaxe ist eine aufwändige Nachbearbeitung der Bilddaten erforderlich.

„Diese Nachteile können mit unserer multispektralen Kamera, die mit mehreren Detektoren durch nur eine Optik deckungsgleiche, parallaxefreie Bilder erzeugt, behoben werden“, sagt Dr. Sebastian Meyer. „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“, erläutert Herr Dr. Meyer.

Alternative zu herkömmlichen Kameras

Das Forscherteam hat ein vollreflektives, multispektrales Kamerasystem entwickelt, das zwei Bildsensoren für unterschiedliche Spektralbereiche hinter einem gemeinsamen Objektiv nutzt. Das Objektiv ist als spezielle Schiefspiegleroptik ausgelegt, welche die bisher auftretenden chromatischen Aberrationen und 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. Aufgrund der mit diesem Ansatz verfolgten parallaxefreien simultanen Bildaufnahme in verschiedenen Spektralbereichen mit einem gemeinsamen Objektiv entfällt zum einen die nachträgliche Datenbearbeitung und zum anderen das bisher benötigte zweite Objektiv. Die Wahl der Spektralbereiche wird aufgrund der Farbfehlerfreiheit des Objektivs nur noch durch die zur Verfügung stehenden Detektoren begrenzt.

Fraunhofer auf Optatec

Fraunhofer IPMS hat das Objektiv und die Bildsensoren mit Elektronik und Software in einen Funktionsdemonstrator integriert. Besucher der internationalen Fachmesse für optische Technologien, Komponenten und Systeme „Optatec“ können den Prototypen von 7.-9. Juni 2016 in Frankfurt am Main begutachten (Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Gesellschaft D56 in Halle 3).