24/06/2014 - Sie entwerfen ein Bildsystem, das 12 mal mehr Informationen als das menschliche Auge erhält.

Menéame

Forscher der Universität Granada Sie haben ein neues Bildsystem entwickelt, das bis zu 12 mal mehr Farbinformationen als das menschliche Auge und als herkömmliche Kameras erhält, was insgesamt 36 Farbkanäle entspricht. Dieser wichtige wissenschaftliche Fortschritt wird es ermöglichen, in Echtzeit multispektrale Bilder auf eine sehr einfache Art und Weise zu erfassen und könnte in nicht allzu ferner Zukunft dazu dienen, neue Systeme zur Unterstützung des Fahrens von Fahrzeugen zu entwickeln, gefälschte Fahrkarten und Dokumente zu identifizieren oder viel umfassendere medizinische Bilder zu erhalten als die aktuellen, unter anderem viele Anwendungen.

Die Wissenschaftler der Gruppe Color Imaging Lab aus der Optikabteilung der UGRSie haben ein System entwickelt, das auf einer neuen Generation von Sensoren basiert, die an der Polytechnischen Universität Mailand (Italien) entwickelt wurden und mit einer Multispektralfiltermatrix kombiniert wurden, um ihre Leistung zu verbessern.

Die Farbbildsensoren, die in allen gängigen digitalen Kameras (Reflexkameras, Automatikkameras, Webcams, Mobiltelefone, Tablets usw.) vorhanden sind, verfügen über eine Architektur, die aus einem Monochromsensor (in "weiß und schwarz") besteht, der mit einer Farbfilterschicht (allgemein rot, grün und blau, auch als RGB bekannt) bedeckt ist. Diese Architektur extrahiert nur Informationen aus einer dieser drei Farben an jedem Punkt des Bildes oder Pixels. Um Informationen aus den anderen Farben in jedem Pixel zu extrahieren, müssen Interpolationsalgorithmen angewendet werden, die in den meisten Fällen eines der am besten gehüteten Geheimnisse eines jeden Herstellers sind.

Wie der Hauptautor dieser Arbeit erklärt, Michelangelo Martínez Domingo, "die neuen Sensoren, die an der Polytechnischen Universität Mailand entwickelt wurden, werden Transverse Field Detectors (TFD) genannt, und sie sind in der Lage, vollständige Farbinformationen in jedem Pixel des Bildes zu extrahieren, ohne eine Schicht von Farbfiltern über sie zu benötigen.

Dazu nutzen sie ein physisches Phänomen, durch das jedes Photon je nach Wellenlänge, d.h. Farbe, in eine andere Tiefe eindringt. Dadurch, dass man diese Photonen in verschiedenen Tiefen der Siliziumoberfläche des Sensors sammelt, kann man die verschiedenen Farbkanäle ohne Filter trennen."

FOTO 1: Spektrale Informationen für ein Bild, durch ein konventionelles System von drei Farbkanälen (links) und durch das neue System entwickelt in der UGR (36 Farbkanäle rechts).

Die Neuheit der TFD

Dieser Vorteil wurde bereits von anderen Sensoren wie der X3 der Foveon Inc (USA) genutzt. Die Neuheit der TFDs liegt jedoch darin, dass wir mithilfe eines querlaufenden elektrischen Feldes mit variabler und kontrollierter Intensität "die Tiefe modulieren können, in die die Photonen jedes Farbkanals gesammelt werden. Dies bietet uns die Möglichkeit, die Art und Weise, in der diese Sensoren das Licht, das sie erhalten, in elektrische Signale umwandeln, zu konjugieren," so der Forscher der UGR.

Der Forscher der UGR betont "die zahlreichen Anwendungen in sehr unterschiedlichen Forschungsbereichen," die diese neue Art von Sensoren haben können.

"Multispektrale Bilder eröffnen uns eine Vielzahl von Möglichkeiten in den verschiedensten Bereichen der Wissenschaft: medizinische Bilder, Tele-Erkennung, Satellitenbilder, Militär- und Verteidigungstechnologie, industrielle Anwendungen, Robotik, assistierte oder automatische Fahren, und eine ganze Reihe von möglichen Anwendungen, die jeden Tag mehr und mehr das Interesse von Wissenschaftlern und Ingenieuren aller Spezialitäten anziehen. Die Art und Weise zu erforschen, wie das Licht mit der Umgebung um uns herum interagiert, kann uns sehr wertvolle Informationen über sein Verhalten geben, in einer völlig harmlosen und nichtinvasiven Art und Weise."

Bibliographische Referenz:

Combining transverse field Detektoren and color filter arrays to improve multispectral imagg systems
Miguel A. Martinez, Eva M. Valero, Javier Hernández-Andrés, Javier Romero und Giacomo Langfelder
Applied Optics, Vol. 53, Issue 13, S. C14-C24 (2014)
http://dx.doi.org/10.1364/AO.53.000C14
 

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Der vollständige Artikel ist unter folgendem Link verfügbar:

http://www.opticsinfobase.org/ao/fulltext.cfm?uri=ao-53-13-C14&id=283108

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