Die Information steckt in der Phase

Explorative Forschung
04.08.2015
Erstellt von BMBF-Forschungsprojekt 3D-Phase

BMBF-Forschungsprojekt 3D-Phase gestartet: Monokulare 3D-Kameras durch integrierte Phasenmodulationen.

Auch in der Industrie geht der Trend hin zu immer kleineren und gleichzeitig leistungsfähigeren optischen Systemen. Durch die Entwicklung neuartiger Kamerasysteme profitieren aktuelle Anwendungen in den Bereichen Mensch- Maschine-Interaktion, Qualitätssicherung in Fertigungsprozessen, Machine Vision bis hin zu Verkehrssicherheit.

Die Aufnahme von 3D-Bildverteilungen erlaubt dabei eine erhebliche Verbesserung der Leistungsfähigkeit des optischen Aufbaus und somit eine neue Qualität für die Applikation. Deutsche Firmen nehmen sowohl im Bereich der Komponentenmärkte als auch für die Anwendungen eine weltweit führende Position ein.

Anfang Juli 2015 ist dazu das Projekt „3D-Phase“ (Monokulare 3D-Kameras durch integrierte Phasenmodulationen) am Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF (Jena) gestartet. Der im Projekt verfolgte Ansatz bietet nachhaltigere sowie kompaktere optische Lösungen, um hochauflösende 3D- Informationen zu gewinnen.

Die Fertigung der erforderlichen mikrooptischen Komponenten basiert, wie in der Halbleiterelektronik, auf automatisierten und parallel durchgeführten Prozessen und gestattet eine Herstellung zu wettbewerbsfähigen Kosten. Dadurch soll der Technologiestandort Deutschland nachhaltig gesichert- und die Rolle der Unternehmen in den Märkten gestärkt werden.

Ziel des Projektes ist die Untersuchung eines innovativen Ansatzes zur Aufnahme von dreidimensionalen Objektverteilungen. Im Speziellen soll ein bisher in der Grundlagenforschung aufgefundenes Prinzip dahin gehend erforscht, demonstriert und erweitert werden, um den Anforderungen für kommerzielle Kameraapplikationen prinzipiell gerecht werden zu können.

Eine in diesem Zusammenhang zu demonstrierende, neuartige 3D-Kamera soll es erstmalig ohne zusätzliche Beleuchtung ermöglichen, mit einer einzigen Aufnahme 3D-Informationen eines Objektes mit hoher Auflösung zu gewinnen. Für Anwendungen in den Bereichen Consumer-Elektronik sowie Fahrzeug-, Automatisierungs- und Medizintechnik können so kompaktere, kostengünstigere und nachhaltigere Systeme realisiert werden.

Das zugrundeliegende Prinzip basiert auf der direkten Implementierung eines mikrooptischen Elements in den Strahlengang eines konventionellen, monokularen Kamerasystems. Die dadurch erreichte Modellierung der optischen Phase führt zu einer gezielten Beeinflussung der Abbildungseigenschaften der Kamera, sodass zusätzliche 3D- Informationen eines Objektes direkt in der aufgenommenen Rohbildverteilung kodiert sind. Eine angepasste, elektronische Bildnachverarbeitung kann anschließend einerseits das dreidimensionale Profil des Objektes und andererseits die laterale Objektverteilung hochaufgelöst rekonstruieren.

Das Projekt 3D-Phase wird vom Bundesministerium für Bildung und Forschung im Rahmen der Initiative „Wissenschaftliche Vorprojekte“ mit rund 300.000 Euro gefördert. Das Projekt ist Anfang Juli 2015 am Fraunhofer IOF gestartet und soll bis Ende Dezember 2016 laufen.