Wärmebildkamera soll Sicherheit beim autonomen Fahren erhöhen
Eine neu entwickelte Wärmebildkamera des Fraunhofer IOF erhöht die Sicherheit beim autonomen Fahren – speziell bei schlechten Sichtverhältnissen wie Regen oder Nebel.
Eine im Auto eingebaute Wärmebildkamera könnte die Sicherheit beim autonomen Fahren erheblich verbessern.
Foto: Fraunhofer IOF
Autonomes Fahren steht für die Zukunft des Straßenverkehrs. Doch wie können diese Fahrzeuge auch bei schlechten Wetterbedingungen sicher gesteuert werden? Forschende des Fraunhofer-Instituts für Angewandte Optik und Feinmechanik IOF haben eine Lösung entwickelt: Eine neuartige Wärmebildkamera, die besonders kosteneffizient und leistungsstark ist. Diese Technologie bietet enorme Potenziale, um die Sicherheit auf den Straßen zu erhöhen – speziell bei widrigen Sichtverhältnissen wie Nebel oder Dunkelheit.
Herausforderung bei schlechten Sichtverhältnissen
Mit dem Herbst verschlechtern sich die Sichtverhältnisse auf den Straßen. Dunkelheit, Nebel und Regen stellen nicht nur für menschliche Fahrer eine Herausforderung dar, sondern auch für die Sensoren und Kameras von autonomen Fahrzeugen. Gerade bei diesen Fahrzeugen, die ohne ständige menschliche Kontrolle unterwegs sind, ist eine zuverlässige Erkennung von Hindernissen, Personen und anderen Verkehrsteilnehmern entscheidend, um Unfälle zu vermeiden.
Herkömmliche Systeme wie LIDAR oder RADAR stoßen unter solchen Bedingungen oft an ihre Grenzen. LIDAR-Systeme arbeiten mit Lasern und erkennen Objekte durch die Reflektion des Lichts. Bei schlechten Licht- oder Wetterverhältnissen, etwa bei Nebel, Schnee oder starkem Regen, können diese Signale jedoch gestört werden. Auch RADAR-Systeme, die auf Radiowellen basieren, sind nicht immer in der Lage, feine Details zu erkennen, wie beispielsweise Menschen oder Tiere. Hier kommen Wärmebildkameras ins Spiel, die auch unter widrigen Bedingungen zuverlässige Bilder liefern.
Funktionsweise der Wärmebildkamera
Die neue Wärmebildkamera des Fraunhofer IOF arbeitet im Infrarotbereich von 8 bis 14 Mikrometern, einem Spektrum, das die Wärmestrahlung von Objekten erfasst. Diese Strahlung wird von Menschen, Tieren und anderen warmen Objekten ausgesendet, unabhängig von der Umgebungsbeleuchtung. „Diese Technologie kann die Sicherheit im Straßenverkehr signifikant erhöhen und Unfälle vermeiden“, sagt Martin Hubold, der Projektleiter am Fraunhofer IOF.
Besonders für autonome Fahrzeuge (Level 3 und höher), die oft in komplexen urbanen Umgebungen unterwegs sind, ist diese Technologie von großem Nutzen. Durch die Wärmebildkamera werden Personen, die sich am Straßenrand oder auf Fahrradwegen befinden, zuverlässig erkannt. Auch bei Nebel oder Regen funktioniert das System präzise, da es nicht auf sichtbares Licht angewiesen ist. Die Kamera ergänzt somit bestehende Sensoren und bietet eine zusätzliche Sicherheitsebene, um Unfälle zu verhindern.
Technische Details: Kompakte Bauweise, hohe Leistung
Die Wärmebildkamera arbeitet nicht nur effizient, sondern überzeugt auch durch ihre kompakte Bauweise. Das Team des Fraunhofer IOF hat sich bei der Entwicklung von der Multiapertur-Technologie inspirieren lassen. Dabei wird die Kamera aus mehreren kleinen und kostengünstigen Bolometerarrays zusammengesetzt. Diese Bildsensoren erfassen die Wärmestrahlung und liefern ein hochauflösendes Bild, das von einer Software zu einem Gesamtbild verarbeitet wird.
Mit einer Auflösung von 530 x 210 Pixeln und einem Gesichtsfeld von 34 x 13 Grad bietet die Kamera ein weites Sichtfeld, das besonders für die Erkennung von Fußgängerinnen und Fußgängern oder radelnde Personen an Straßenrändern nützlich ist. Die Kamera ist darüber hinaus mit einer katadioptrischen Optik ausgestattet, die aus Spiegeln und Prismen besteht und eine extrem flache Bauweise von nur 10 Millimetern ermöglicht. „Die Kernidee besteht darin, die Kamera aus mehreren kleinen und kostengünstigen Bolometerarrays aufzubauen“, erklärt Martin Hubold.
Die Lichtstärke der Kamera liegt bei F/1,1, was für die Erkennung von Details bei schwachem Licht äußerst vorteilhaft ist. Auch die Winkelauflösung von 16 Pixeln pro Grad sorgt dafür, dass die Kamera detaillierte Bilder erzeugen kann, die für die präzise Navigation autonomer Fahrzeuge notwendig sind.
Skalierbare Produktion: Potenzial für breite Anwendung
Ein weiterer Vorteil der neuen Wärmebildkamera liegt in ihrer skalierbaren Produktion. Die Optik der Kamera wird im Wafermaßstab hergestellt, was die Produktionskosten erheblich senkt. Dies ermöglicht nicht nur eine wirtschaftliche Herstellung der Kamera für den Einsatz in der Automobilbranche, sondern öffnet auch Türen für weitere Anwendungen. Die Kamera kann beispielsweise in der Gebäudetechnik zur Erkennung von Wärmeverlusten eingesetzt werden. Auch in der Sicherheitsbranche, etwa bei der Überwachung von Deponien oder bei Feuerwehreinsätzen, kann die Technologie von Nutzen sein.
„Mit der Waferlevel-Herstellung der Kamera können wir die Produktion vereinfachen und die Herstellkosten deutlich senken“, betont Hubold. Diese kostengünstige Herstellung macht die Technologie auch für industrielle Prozesse und Sicherheitsanwendungen attraktiv. In Zukunft könnten ähnliche Systeme in ganz unterschiedlichen Bereichen eingesetzt werden.
Die neu entwickelte Infrarotkamera des Fraunhofer IOF wird vom 22. bis 24. Oktober 2024 auf der Internationalen Zuliefererbörse (IZB) in Wolfsburg präsentiert. Besucherinnen und Besucher können sich in Halle 2, Stand 2201, über die Technologie informieren und sich live von den Vorteilen der Kamera überzeugen.
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