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Kamera für extremstes Licht

11.10.2004 - (idw) Fraunhofer-Gesellschaft

Jedes gute Bild lebt von hell/dunkel-Kontrasten. Sollen Schatten und Lichter durchgezeichnet sein, muss der Film oder digitale Chip eine hohe Helligkeitsdynamik verkraften. Dies leistet eine hochempfindliche Kamera, die auf der Messe VISION in Stuttgart vorgestellt wird.


Die hohe Helligkeitsdynamik der Kamera gewährleistet deutliche Bilder - selbst bei extremen Lichtbedingungen. © Fraunhofer IMS Jeder Fotograph muss bescheiden sein - unter anderem, was den Umfang der Tonwerte zwischen schwarz und weiß seiner Aufnahmen betrifft. Bei Szenen mit unabänderlich hohem Helligkeitsumfang steht er vor einem Dilemma: Am einen Ende des Graukeils können helle Partien dem Jargon nach "ausfressen" und am anderen dunkle Bereiche "absaufen". Je nach gewählter Belichtung gehen Nuancen hier oder dort unwiederbringlich verloren. Der menschliche Sehapparat ist raffinierter: Je nachdem, wohin die Augen blicken, stellt sich die Pupille blitzschnell auf hell und dunkel ein. Im Gehirn verschmelzen die Bilder und suggerieren einen höheren Tonwertumfang als die Netzhaut eigentlich wahrnehmen könnte. Freilich kann ein steter Wechsel ermüdend wirken - wie bei einer nächtlichen Autofahrt mit entgegenkommenden Scheinwerfern.

Von solchen Situationen nicht blenden lässt sich eine Kamera, die am Fraunhofer-Institut für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme IMS entwickelt wurde. Sie nutzt den gleichen Trick wie das Auge: Bei 50 Vollbildern pro Sekunde wählt die integrierte Elektronik bis zu vier zeitlich benachbarte Aufnahmen mit unterschiedlicher Belichtungszeit aus. Algorithmen kombinieren gut belichtete Partien in Echtzeit. Dadurch weist das resultierende schwarz/weiß-Bild eine maximale Helligkeitsdynamik von 118 dB auf. Zum Vergleich: Eine Digitalkamera für den Amateurbereich kommt auf etwa 60 dB. Einen für Laien anschaulicheren Vergleich liefert die Anzahl darstellbarer Grauwerte: eine Million gegenüber eintausend. Ein weiterer wichtiger Wert kommt zum tragen, wenn konventionelle Kameras bei 1/50 Sekunde Belichtungszeit nur noch schwarz sehen, wie Gruppenleiter Werner Brockherde betont: "Eine Nachweisempfindlichkeit von nur 33 Mikrowatt pro Quadratmeter - dies entspricht weniger als fünf Millilux - ist extrem hoch. Für eine hochdynamische CMOS-Kamera mit linearer Kennlinie ist dies Weltrekord."

Ursprünglich von BMW für ein optisches Fahrspurerkennungssystem in Auftrag gegeben, entwickelt die Institutsausgründung Helion GmbH die Kameratechnik weiter. Nun erschließen die Forscher weitere Anwendungen. Geeignet sind all jene Überwachungsaufgaben, die sich durch hohe Kontraste - etwa beim Schweißen - oder bei starken Tag-Nacht-Lichtwechsel in der Verkehrsüberwachung auszeichnen. Auf der VISION in Stuttgart, der internationalen Fachmesse für industrielle Bildverarbeitung und Identifikationstechnologien, sind CMOSSensoren und Kameraprototyp vom 19. bis 21. Oktober in Halle 2.0 zu sehen.

Ansprechpartner:
Dipl.-Ing. Werner Brockherde
Telefon: 02 03 / 37 83-2 30, Fax: -2 78, werner.brockherde@ims.fraunhofer.de

Dipl.-Ing. Arndt Bußmann
Telefon: 02 03 / 3 06 12-40, Fax: -50, info@helionvision.de
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