Hochauflösende 3D-Bilder aus einem Kilometer

Forscher haben eine Kamera entwickelt, die mithilfe eines relativ schwachen Infrarot-Lasers hochauflösende 3D-Bilder aus einer Entfernung von bis zu einem Kilometer machen kann. Wie das Team um Physikprofessor Gerald Buller an der Heriot-Watt University in Optics Express berichtet, setzt das System dazu auf eine Laufzeitmessung reflektierten Laserlichts.

Die Lösung verspricht gerade bei Kleidungsstücken besonders gute Ergebnisse und soll auch Dinge entdecken können, die sich beispielsweise hinter Blattwerk verbergen. Was dagegen nicht möglich ist, sind Aufnahmen des menschlichen Gesichts.

Laser-Reflektion

Das Grundprinzip des neuen Systems gleicht dem von LIDAR-Entfernungsmessern, bei denen gemessen wird, wie lange ein Laserlicht-Impuls braucht, um bis zum Objekt zu gelangen und zurück. Die 3D-Kamera macht aber keine Einzelmessung, sondern tastet ihr Ziel mit einem Niederenergie-Infrarotlaser ab und misst pixelweise den Abstand. Das System erreicht dank eines Detektors, der einzelne Photonen zählt, auch auf größere Entfernung eine Genauigkeit in der Größenordnung von Millimetern. Das macht es möglich, ein 3D-Bild zu rekonstruieren.

Zwar gibt es dem Heriot-Watt-Forscher Aongus McCarthy nach andere Ansätze, die eine genauere Tiefenwahrnehmung bieten. Die neue Lösung hat aber den Vorteil, dass sie bei Gegenständen wie beispielsweise Kleidung funktioniert, die Laserlicht eigentlich nicht gut reflektieren. Der genutzte Niederenergie-Laser mit einer Infrarot-Wellenlänge von 1.560 Nanometern hat zudem den Vorteil, dass er nicht so leicht durch Sonnenlicht überstrahlt wird und auch für die Augen ungefährlich ist. Bisherige Laufzeit-Messsysteme konnten diese Wellenlänge kaum erkennen, der neue Sensor dagegen ist darauf optimiert.

Kein Verstecken

Das System dürfte dem Team zufolge vor allem zum Einsatz kommen, um von Menschenhand gefertigte Objekte zu erfassen. Mit Modifikationen an der zugehörigen Bildverarbeitungssoftware sollte es es demnach auch möglich sein, Geschwindigkeit und Bewegungsrichtung beispielsweise von Fahrzeugen zu ermitteln. Außerdem soll der Scanner besonders gut darin sein, Objekte zu entdecken, die hinter einem Wirrwarr wie beispielsweise Blattwerk verborgen sind. Langfristig sollte es McCarthy auch möglich werden, Aufnahmen aus bis zu zehn Kilometern Entfernung zu machen.

Was vorerst nicht funktioniert, sind Aufnahmen von Gesichtern – das System zeigt hier nur einen dunklen Fleck. Das liegt daran, dass die menschliche Haut die genutzte Infrarot-Wellenlänge nicht gut genug reflektiert. Doch gibt es McCarthy zufolge Untersuchungen, die darauf hindeuten, dass bei in irgendeiner Form gestressten Menschen beispielsweise durch Schweiß das reflektierte Signal deutlich stärker wird. Jetzt soll das System jedenfalls schneller werden – denn obwohl der Scan selbst nur einige Sekunden dauert, braucht die Bildverarbeitung derzeit fünf bis sechs Minuten, ehe das 3D-Bild fertig ist.

Zum Optics-Express-Artikel:
http://opticsinfobase.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-21-7-8904