Hand aufs Herz: Habt ihr schon mal mit einer Kamera gearbeitet, die durch Gewebe filmen und Hologramm-Videos erstellen kann?
Ein Forschungsteam an der Kobe-Universität in Japan hat eine Kamera entwickelt, die mit nur einem einzelnen Pixel 3D-Bilder – sprich Hologramme – von bewegten Objekten aufnehmen kann. Das Ganze funktioniert sogar durch lichtstreuende Materialien wie beispielsweise biologisches Gewebe.
Hologramme dürften den meisten Menschen in erster Linie durch Dokumente wie Reisepässe oder Geldscheine geläufig sein. Manch einer mag auch an Science-Ficton-Serien wie Stark Trek denken, hier geht es allerdings um eine etwas andere Technologie. Hologramme wie auf Geldscheinen entstehen durch Interferenzmuster mit Lasern und dienen dem Nachweis der Echtheit.
In der wissenschaftlichen Aufnahmetechnologie bedeutet Holografie jedoch noch wesentlich mehr. Gerade in der Biomedizin, der Neurologie oder der Zellbiologie spielt die dreidimensionale Beobachtung beweglicher Strukturen eine entscheidende Rolle. Holografie dient in diesen Wissenschaften dazu, lebende Prozesse im Körper besser zu verstehen. In diesem Bereich stoßen konventionelle Methoden jedoch an ihre Grenzen.
Einen ersten Eindruck von der Kamera könnt ihr in diesem Video gewinnen:
So werden Hologramme aktuell aufgenommen
Um zu verstehen, welchen Durchbruch das japanische Forschungsteam erzielt hat, werfen wir einen kurzen Blick auf den derzeitigen Stand der Technik. Bisher gab es zwei wichtige Methoden, um Hologramme aufzunehmen.
Da wäre zum einen die Methode namens FINCH (Fresnel Incoherent Correlation Holography). Hierbei wird mit einer normalen Kamera, bestehend aus einem Sensor mit vielen Pixeln, gearbeitet und es können Videos aufgenommen werden. Der Haken an dieser Methode ist, dass das Ganze nur bei gutem Licht funktioniert und wenn eine klare Sicht auf das Objekt besteht. Es darf sich also nichts im Weg befinden.
Bei der Methode OSH (Optical Scattering Holography) wird nur ein einziger Pixel genutzt und damit ist es sogar möglich, durch Gewebe hindurchzusehen. Hier besteht der Haken darin, dass dies nur bei statischen Objekten funktioniert. Sobald sich das Objekt bewegt, stößt diese Methode an ihre Grenzen.
Der Schlüssel liegt in der Kombination der bisherigen Methoden
Das Forschungsteam der Kobe-Universität hat nun genau diese beiden Methoden kombiniert. Ihr Ziel war es, eine Kamera zu entwickeln, die schnell genug für bewegte Bilder ist und mit nur einem Pixel durch lichtstreuende Materialien hindurchsehen kann.
Dafür entwickelten die Wissenschaftler einen winzigen Sensor und nutzten ein spezielles Spiegel-System, das gezielt Lichtmuster auf das bewegte Objekt wirft. Diese Muster helfen dabei, aus dem minimalen Signal ein dreidimensionales Bild bzw. ein Hologramm zu berechnen.
Das neue System ist verdammt schnell und arbeitet mit 22.000 Bildern pro Sekunde. Ältere Geräte kamen lediglich auf 60. Dieser Unterschied ist laut dem leitenden Forscher so gravierend, als würde man einen gemütlichen Spaziergang mit einem Shinkansen (japanischer Schnellzug) vergleichen.
Am Prototypen der Hologramm-Kamera wird noch gefeilt
Der aktuelle Prototyp schafft derzeit noch nicht die angestrebte Bildrate von 20 Bildern pro Sekunde. Zukünftig soll das aber durch eine clevere Methode namens “sparse sampling” ermöglicht werden. Dabei wird nicht das ganze Bild aufgenommen, sondern nur die wichtigen Teile. Dadurch werden Daten gespart und das Ganze gestaltet sich effizienter.
Eine weitere Herausforderung besteht darin, dass die Bildqualität aktuell noch großes Verbesserungspotential bürgt. Eine hochwertigere Bildqualität soll unter anderem durch die Optimierung der Lichtmuster und den Einsatz von Deep-Learning-Algorithmen gelingen, um aus den Rohdaten schärfere Bilder zu erzeugen.
Für die Zukunft sieht der Forschungsleiter vielfältige Einsatzmöglichkeiten für die Hologramm-Kamera. Insbesondere in der minimalinvasiven, dreidimensionalen Beobachtung biologischer Prozesse könnte die Kamera Gold wert sein.
Was haltet ihr von der ungewöhnlichen Ein-Pixel-Hologramm-Kamera aus Japan?
via: DigitalCameraWorld | Beitragsbild: KI-generiert
Man liefert Versprechen für die Zukunft um Fördergelder abzugreifen.
Warum immer so pessimistich? Wenn eine solche Camera im Medizinbereich vorteile bringt ists doch gut. Aber bis diese serienreif ist dauert es wohl noch ´ne Zeit.
Spannend!