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3D-Scanner: Mini-Bildsensor erzeugt 3D-Bilder mit Lidar

Einen 3D-Scanner im Miniaturformat haben Forscher in den USA entwickelt. Der Sensor erfasst nicht nur das Aussehen, sondern auch die räumlichen Daten eines Objekts. Er könnte künftig sogar in Smartphones integriert werden.

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3D-Bild einer Münze: Ein Objekt wird in 4 x 4 Pixel große Sektionen unterteilt und nacheinander abgetastet.
3D-Bild einer Münze: Ein Objekt wird in 4 x 4 Pixel große Sektionen unterteilt und nacheinander abgetastet. (Bild: Ali Hajimiri/Caltech)

3D-Scans mal eben mit dem Smartphone machen - das ermöglicht ein Chip, den Wissenschaftler am California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena entwickelt haben. Die 3D-Datei kann beispielsweise auf einem 3D-Drucker ausgegeben werden.

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Die Forscher um Ali Hajimiri nutzen dafür einen Nanophotonic Coherent Imager (NCI). Das ist ein Bildsensor, der nicht nur das Aussehen eines Objekts erfasst, sondern auch die Entfernung zu diesem.

Ein Laser tastet ab

Der NCI nutzt für die 3D-Abtastung eine laserbasierte Entfernungsmessung, das Light Detection and Ranging (Lidar). Dabei wird ein Objekt mit einem Laser abgetastet. Das Licht wird auf den Chip reflektiert und dort analysiert. Daraus wird dann ein 3D-Bild des Objekts erzeugt. Lidar wird unter anderem von Robotern oder autonom fahrenden Autos zur Entfernungsmessung eingesetzt.

Der Chip könne Merkmale mit einer Höhe von 15 Mikrometern und einer seitlichen Ausdehnung von 50 Mikrometern erfassen. Die Reichweite betrage etwa einen halben Meter, schreiben die Forscher in der Fachzeitschrift Optics Express.

Scannen, ohne den Scanner zu bewegen

Da das Aufnahmesystem über mehrere kleine Lidars verfüge, müsse es nicht bewegt werden, um die verschiedenen Teile eines Objekts oder einer Szenerie abzutasten, sagt Hajimiri. Das ist vor allem beim Prototyp praktisch.

Der Chip, der kleiner als ein Quadratmillimeter ist, besteht nur aus einer Anordnung von 4 x 4 Lidar-Sensoren. Die Auflösung eines Bildes beträgt demnach 16 Pixel. Um ein größeres Objekt abzubilden, wird dieses in mehrere, jeweils 4 x 4 Pixel große Sektionen unterteilt, die nacheinander abgetastet werden.

Die Methode eignet sich aber nur für kleinere Objekte: Die Caltech-Forscher haben eine kleine Münze gescannt. Künftige NCIs könnten aber deutlich mehr Lidar-Sensoren und eine Auflösung im Megapixel-Bereich haben, sagt Hajimiri.

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