Sensorchip mit vier Linsen 21.02.2017, 08:57 Uhr

Mit Adleraugen aus dem 3D-Drucker sehen Autos und Drohnen so scharf wie nie

Das sprichwörtliche Adlerauge gibt es jetzt auch künstlich: Mittels 3D-Druck haben Stuttgarter Wissenschaftler ein nur wenige Quadratmillimeter großes Sensorsystem hergestellt. Und das sieht extrem scharf – nach vorne und zur Seite. Wo die neue Technik gebraucht wird? 

Diese Schiffspropeller wurden von einer Drohne fotografiert: Stuttgarter Wissenschaftler haben jetzt ein künstliches Adlerauge entwickelt. Der Sensorchip mit vier Linsen ermöglicht eine scharfe Sicht nach vorne und zur Seite. von der Technologie könnten könnten neben der Automobilindustrie auch neuartige Minidrohnen profitieren. 

Diese Schiffspropeller wurden von einer Drohne fotografiert: Stuttgarter Wissenschaftler haben jetzt ein künstliches Adlerauge entwickelt. Der Sensorchip mit vier Linsen ermöglicht eine scharfe Sicht nach vorne und zur Seite. von der Technologie könnten könnten neben der Automobilindustrie auch neuartige Minidrohnen profitieren. 

Foto: Jens Büttner/dpa

Auf jeden Fall macht die Nachbildung des Adlerauges bei autonomen Autos und Drohnen Sinn. Da sind sich Simon Thiele vom Institut für Technische Optik und seine Kollegen um Harald Giessen vom 4. Physikalischen Institut an der Universität Stuttgart wohl einig.

Parallel geradeaus und seitlich sehen

Adler sind in der Lage, aus drei Kilometern Höhe eine Maus auf einer Wiese zu erkennen. Gleichzeitig können sie feindliche Vögel wahrnehmen, die sich ihnen von der Seite nähern. Möglich machen das extrem viele Sehzellen in der zentralen Fovea. Das ist eine Vertiefung im Zentrum des Gelben Flecks, der Bereich des schärfsten Sehens der Netzhaut. Zusätzlich haben Adler eine zweite Fovea am Augenrand, die für scharfe Sicht nach den Seiten sorgt. „Foveated imaging“ nennen die Forscher deshalb das neu entwickelte Sensorsystem.

CMOS-Sensor mit jeweils vier Linsen unterschiedlicher Brennweite für das „Foveated Imaging“.

CMOS-Sensor mit jeweils vier Linsen unterschiedlicher Brennweite für das „Foveated Imaging“.

Foto: Universität Stuttgart/PI 4

Wo bisher für die Entwicklung autonomer Autos eine ganze Reihe von Kameras und Sensoren rund um das Fahrzeug oder eine rotierende Kamera auf dem Dach angebracht werden mussten, lässt sich mit dem künstlichen Adlerauge einiger Aufwand sparen: Denn das kann vorne Hindernisse erkennen und den Abstand zum Vordermann einschätzen und gleichzeitig die seitlichen Sichtfelder im Blick haben.

Mini-Sensoren im 3D-Druck hergestellt

Mithilfe der Karlsruher Firma Nanoscribe und deren neuester 3D-Druck-Technologie konnten die Stuttgarter Forscher direkt auf einen hochauflösenden CMOS-Chip einen ganzen Satz von Mikro-Objektivlinsen drucken: Die kleinste Linse hat eine Brennweite, die einem Weitwinkelobjektiv entspricht, zwei weitere Linsen erfassen ein mittleres Sichtfeld, und die größte Linse hat eine sehr lange Brennweite und ein kleines Sichtfeld, wie ein typisches Teleobjektiv.

Detailfoto der vier verschiedenen Linsen auf dem CMOS-Sensorchip. 

Detailfoto der vier verschiedenen Linsen auf dem CMOS-Sensorchip. 

Foto: Universität Stuttgart/PI 4

Alle vier Bilder, die die Linsen auf dem Chip erzeugen, werden gleichzeitig elektronisch ausgelesen und verarbeitet. Dabei setzt ein kleines Computerprogramm das Bild so zusammen, dass im Zentrum das hochauflösende Bild des Teleobjektivs dargestellt wird und ganz außen das Bild des Weitwinkelobjektivs. Die Forscher testeten ihre neuartige Kamera an verschiedenen Testobjekten und konnten die Verbesserung der Auflösung im Zentrum dieses so genannten „foveated imaging“ Systems klar nachweisen.

Geeignet für Industrie 4.0

Da das gesamte Sensorsystem nur wenige Quadratmillimeter groß ist – die Linsen haben Durchmesser im Bereich von hundert bis wenigen hundert Mikrometern – könnten neben der Automobilindustrie auch neuartige Minidrohnen von der Technologie profitieren. Die Sensoren sind schon jetzt mit einem kleinen Minicomputer verbunden, der eine eigene IP-Adresse hat und der direkt über das Smartphone angesprochen und ausgelesen werden kann. Somit ist das System bereits für Anwendungen der Industrie 4.0 geeignet.

Die Axis Vidius ist die derzeit kleinste Kameradrohne der Welt. Sie misst 4,3x4,3x2,5 cm. 

Die Axis Vidius ist die derzeit kleinste Kameradrohne der Welt. Sie misst 4,3×4,3×2,5 cm. 

Foto: Axis Drones

Übrigens: Die angeblich kleinste Kameradrohne der Welt misst 4,3×4,3×2,5 cm und hat eine 420p-Kamera an Bord. Mehr über die Axis Vidius können Sie hier nachlesen.

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