Kamera der Zukunft kommt ohne Linse aus
Extrem kleine Kameras ermöglichen viele neue Anwendungen in den verschiedensten Lebens- und Arbeitsbereichen. Das Hindernis bei der Mikro-Miniaturisierung ist bisher aber die Linse. Hitachi arbeitet jetzt an einer Kamera, die komplett auf eine Linse verzichtet.
Hitachi hat eine linsenlose Kamera-Technologie entwickelt, die Videobilder nachträglich fokussieren kann. Dafür wird anstelle der Linse ein mit konzentrischen Kreisen bedruckter Film genutzt. Dieser ist direkt vor dem Bildsensor angebracht.
Foto: Hitachi
Der japanische Elektronikkonzern Hitachi hat eine Technik entwickelt, mit der es möglich ist, Videobilder aufzunehmen, ohne dass dafür eine Linsenoptik notwendig ist. Stattdessen will Hitachi mit Hilfe konzentrischer Ringe und einer mathematischen Formel die Kamera der Zukunft bauen. Und die kommt ohne die schweren Objektive klassischer Art aus.
Herkömmliche Objektive basieren darauf, dass Licht durch Glaslinsen gebrochen wird, die scharfe zweidimensionale Bilder erzeugen. Solange Objektive aber aus Linsen konstruiert werden, sind lichtstarke Kamera-Zooms schwer. Hitachi beschäftigt sich nicht alleine mit diesem Problem: In Amerika arbeiten der Halbleiterhersteller Rambus und die Rice University ebenfalls an Konzepten, die ohne das herkömmliche Objektiv auskommen.
Neuer Ansatz von Hitachi
Das Design dieser Kameras ohne Objektiv ist dabei vergleichsweise einfach. Im Fall der von Hitachi vorgestellten objektivlosen Kamera wird ein Bildsensor mit einem speziell bedruckten Dünnfilm – der nur ein Mikron misst und mit einem Muster konzentrischer Kreise bedruckt ist – überlagert. Der Film stört dabei das Licht, das durch den Sensor passiert, während ein Computer das Ausmaß der Störung berechnet und schließlich das Bild wiederherstellt. Das könnte das klassische Objektiv ersetzen.
Fourier Tansformation im Einsatz
Zu den Hürden bei der Entwicklung solcher linsenlosen Kameras gehörte lange Zeit die Frage, wie das Licht weiterverarbeitet werden kann. Hitachi konzentriert sich dabei auf die Moire-Muster. Diese entstehen, wenn Muster konzentrischer Ringe sich gegenseitig überlagern.
So funktioniert die neu entwickelte linsenlose Kameratechnologie von Hitachi: Sie nutzt eine Art Objektiv mit konzentrischen Ringen. Aus den Sensordaten lässt sich mit Hilfe einer Fourier-Transformation ein halbwegs scharfes Bild berechnen.
Quelle: Hitachi
Dabei entdeckte Hitachi, dass man mit diesen Randbereichen Bilder mit Hilfe einer herkömmlichen Verarbeitungstechnik, genannt Fourier Transformation, erfassen kann. Diese Technik wird bereits sowohl für die Bildverarbeitung, die Elektronenmikroskopie, die Signalverarbeitung und Frequenztrennung für die Datenkommunikation eingesetzt.
Schnelle Verarbeitung
Nach Angaben von Hitachi macht die Nutzung mathematischer Formeln die Rekonstruktion von Bildern aus Lichtinformationen zu einer Grundrechenart, die jeder Computer ausführen kann. Hitachi ist es dabei gelungen, diese Bilder 300 Mal schneller als andere objektivlose Kameras zu verarbeiten. Hinzu kommt, dass die Bildschärfe, nachdem das Bild vom Sensor aufgefangen wurde, angepasst werden kann.
Viele Anwendungen im Visier
Hitachi sieht eine ganze Bandbreite neuer Anwendungen zum Beispiel für Industriemaschinen, mobile Geräte und vor allem für das Internet der Dinge. Insbesondere Smartphones profitierten von deutlich dünneren und leichteren Kameras. Digitale Kameras der gehobenen Preisklasse könnten in Zukunft gänzlich neue Formen annehmen. Verglichen mit heutigen Geräten würden die Herstellungskosten der neuen, objektivlosen Kameras zudem deutlich niedriger sein.
Gesichtserkennungssystem mit flachen Objektiven
Trotz einer ganzen Anzahl technischer Hürden rechnet Hitachi damit, eine Kamera ganz ohne Objektiv in zwei Jahren marktreif zu haben. So lässt die Schärfe der mit flachen Objektiven erzeugten Bilder bisher noch zu wünschen übrig. Nach Angaben von Hiroyuki Mizuno, Leiter des Innovationszentrums für Information und Telekommunikation im Hause Hitachi, liegt das Augenmerk derzeit vor allem auf der Verbesserung der Bildauflösung, die sich speziell für Gesichtserkennungssysteme eignet. Die neue Kameratechnologie soll aber auch für autonomes Fahren und die Analyse menschlichen Verhaltens durch mobile Geräte, Autos und Roboter eingesetzt werden.
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