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Dr. Claudia Duppé

IMTEK - Mikrooptik -

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Plenoptische Kameras

Neue Ideen für das dreidimensionale Sehen.

 

plenoptikprinzipDas räumliche Sehen hängt beim Menschen, wie bei den meisten Wirbeltieren, vom stereoskopischen Sehen, d.h. dem Sehen zweier Augen eines Paares ab. Die Gewinnung der Tiefeninformation beruht dabei auf der entfernungsabhängigen Verschiebung, der sogenannten Disparität der Bilder, die von beiden Augen unterschiedlich aufgenommen werden. So könnte man das Scheitern des Zyklopen in der griechischen Mythologie erklären, der mit einem Auge Odysseus schlichtweg nicht räumlich lokalisieren konnte. 
 
Konventionelle Kameras, bestehend aus jeweils einem Objektiv und einem Bildwandler, können ebenso nur zweidimensionale Bilder aufzeichnen, d.h. die Tiefeninformation der betrachteten Objekte geht verloren. Die Abbildung der Objekte erfolgt im Sinne eines Koordinatensystems mit x und y Achse. Die x/y - Position jedes Punktes des Objekts wird durch das Objektiv der Kamera in eine x/y - Position des entsprechenden Bildpunkts transformiert.
 
Damit nun die plenoptische Kamera (lateinisch: plenum – voll, ausführlich) räumlich sehen kann, wird in der Bildebene des Hauptobjektivs ein sogenanntes Mikrolinsenarray eingesetzt (siehe Abbildung). Damit kann man neben den x/y Koordinaten auch die Richtung des Lichtstrahls bestimmen, der auf das Objektiv trifft. Die vom Array gelieferten beiden Winkelkoordinaten und die x/y Koordinaten bilden die Grundlage für die Berechnung einer Tiefenkarte. Die plenoptische Kamera ahmt so das binokulare Sehen des menschlichen Auges nach. Der Zyklop hätte Odysseus damit lokalisieren und den Kampf mit Leichtigkeit gewinnen können. plenoptische kameras
 
Der Orts- und Tiefenauflösung plenoptischer Kameras sind dennoch Grenzen gesetzt. Diese Grenzen wollen wir aufbrechen, indem wir aktive mikrooptische Komponenten, wie piezoelektrische Antriebe und fluidisch gesteuerte Mikroblendenarrays nutzen. Unsere aktiven plenoptischen Kameras sollen nicht nur kleiner, genauer und schneller sein, sondern auch ebenso adaptionsfähig wie das biologische Vorbild. 
 
Darüber hinaus koppeln wir die plenoptische Kamera mit einem angepassten Mikroskop, was bei der Analyse biologischer Proben zusätzliche dreidimensionale Bildinformationen des Gewebes liefert. Hierzu wird im Strahlengang des Mikroskops ein aktives Polarisationselement eingebracht, das beispielsweise die Darstellung kontrastarmer Proben unter veränderbaren Bedingungen ermöglicht. 
 
Neben der medizinischen Analytik, sind plenoptische Kameras daher von besonderem Nutzen für Machine Vision in der Prozesskontrolle.

 

 

 

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