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Spektralkameras mit erhöhter Lichtausbeute

Optische Kerbfilter für spektrale Kameras ermöglichen Aufnahmen bei erschwerten Lichtverhältnissen und reduzieren Bildrauschen.

Für das menschliche Auge sind viele Materialien, wie zum Beispiel Salz und Zucker, optisch kaum voneinander zu unterscheiden. In Industrie und Forschung werden hierfür Spektralkameras eingesetzt, die mehr Farbkanäle aufnehmen können als Rot, Grün und Blau. Anhand der zusätzlichen spektralen Informationen lassen sich Objekteigenschaften ableiten und Materialien klassifizieren. Zum Einsatz kommen Spektralkameras beispielsweise auch zur Erkennung von Hautkrebs oder zur Überwachung des Pflanzenwachstums in der Agrarwirtschaft.

Stand der Technik

Für spektrale Aufnahmen werden bislang schmale optische Bandpass-Filter verwendet, die pro Aufnahme nur eine bestimmte Wellenlänge erfassen. Auf diese Weise werden Aufnahmen für unterschiedliche Wellenlängen erstellt und übereinander gelegt. Das entstehende Bild liefert softwaregestützt Informationen, beispielsweise über die Molekularstruktur oder die chemischen Eigenschaften. Da schmale optische Filter nur sehr wenig Licht durchlassen, muss die Belichtungszeit entsprechend erhöht werden. Dies führt dazu, dass das Bildrauschen zunimmt und die Kamera unter Umständen stark gekühlt werden muss. Betroffen sind insbesondere lichtschwache Anwendungen, wie etwa die Fluoreszenz-Analyse.

Technologie

Am Institut für Industrielle Informationstechnik (IIIT) des KIT wird aktuell ein Verfahren entwickelt, bei dem optische Kerbfilter zum Einsatz kommen, die jeweils einen großen Teil des optischen Spektrums erfassen. Im Gegensatz zum jetzigen Verfahren werden bei der Aufnahme einzelne Wellenlängen ausgelassen. Die Filter werden so kombiniert, dass die Gesamtaufnahme – gegebenenfalls mittels Nachbearbeitung – dieselbe Information liefert wie die Aufnahme des konventionellen Verfahrens.

Vorteile

Der zentrale Vorteil liegt in der höheren Lichtausbeute, welche die Aufnahme lichtschwacher Szenen mit erhöhter Framerate ermöglicht. Insgesamt wird das Signal-Rausch-Verhältnis (SNR) deutlich erhöht. Die Umstellung auf Kerbfilter gestaltet sich unkompliziert, da lediglich ein Austausch der Filter und gegebenenfalls eine Anpassung der Nachbearbeitung erfolgt. Der Kameraaufbau hingegen bleibt identisch.

Optionen für Unternehmen

Die Erfindung wurde bereits durch Simulationen erprobt und mathematisch untersucht. Das KIT sucht Partner aus der Industrie, um die Technologie prototypisch zu entwickeln und zu validieren.

Ihr Ansprechpartner für dieses Angebot

Dr.-Ing. Philipp Scherer, Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Innovationsmanager Mobilität, Innovations- und Relationsmanagement (IRM)
Telefon: +49 721 608-28460

E-Mail: philipp.scherer@kit.edu

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