Bildsensor: Chip sieht mehr Farben als das menschliche Auge

36 Farbkanäle statt der üblichen drei zeichnet ein neuer Chip auf, den Forscher aus Spanien entwickelt haben. Er kommt ohne Filter aus und misst, wie tief Photonen in den Chip eindringen.

Artikel veröffentlicht am 6. Oktober 2014, 18:00 Uhr, Werner Pluta

Transverse Field Detector: 36 Farbkanäle (Bild: Universität Granada)

Einen Chip, der mehr Farben als das menschliche Auge wahrnimmt, haben Forscher an der Universität von Granada in Spanien entwickelt. Anwendungen sehen die Entwickler vor allem in der Wissenschaft. Die Forscher stellen den Chip in der Fachzeitschrift Applied Optics vor.

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Zum Vergleich: Ein herkömmlicher Sensor zerlegt ein Bild in drei Farbkanäle (links), der neue Sensor in 36 (rechts). (Bild: Universität Granada)

Ein herkömmlicher Sensor in einer Digitalkamera besteht aus einem Schwarz-Weiß-Sensor, über den ein Filter für die Farben Rot, Grün und Blau (RGB) gelegt wird. Jedes Pixel kann eine der drei Farben aufnehmen. Da aber jedes mehr als eine Farbe abbildet, werden aus den Informationen eines Pixels und der umliegenden weitere Farbinformationen extrapoliert. Dafür entwickelt jeder Kamerahersteller eigene Algorithmen.

Farbe bestimmen

Der Chip, den die Forscher um Miguel Ángel Martínez Domingo entwickelt haben, kommt ohne einen solchen Filter aus. Er besteht aus verschiedenen Materialien und macht sich zunutze, dass die verschiedenen Wellenlängen des Lichts unterschiedlichen Energieniveaus entsprechen. Ein Photon dringt, abhängig von seiner Energie, einen bestimmten Weg in den Sensor ein. Daraus lässt sich die Wellenlänge, also die Farbe bestimmen.

Transverse Field Detectors (TFD) heißen diese Sensoren, die erstmals 2008 von Forschern der Universität von Mailand in Italien beschrieben wurden. "Sie können die vollständigen Farbinformationen aus jedem Pixel des Bildes auslesen, ohne dass ein Farbfilter darauf liegen muss", sagt Projektleiter Martínez Domingo.

Mehr Farben als Foveon X3

Nach einem ähnlichen Prinzip arbeitet auch der X3-Chip der Sigma-Tochter Foveon. Allerdings hat der X3 nur drei Kanäle für RGB. Ein TDF hat jedoch eine deutlich feinere Auflösung: Das elektrische Feld, das transversal, also querliegend angelegt wird, könne in seiner Stärke variiert werden, erklärt Martínez Domingo. Dadurch "können wir die Tiefe, in der die Photonen in jedem Farbkanal gesammelt werden, anpassen. Das ermöglicht es, die Art und Weise, in der diese Sensoren eintreffendes Licht in elektrische Signale wandeln, sehr genau abzustimmen."

Dadurch könne der Sensor 36 Farbkanäle aufzeichnen - 12-mal mehr als das menschliche Auge, das auch auf das RGB-Spektrum beschränkt ist. Anwendungen für solche Bilder gebe es viele, sagt Martínez Domingo: "Multispektrale Bilder eröffnen sehr viele Möglichkeiten in den verschiedensten Bereichen der Wissenschaft: Bildgebung für die Medizin, Fernerkundung, Satellitenbilder, Militär-und Verteidigungstechnik, industrielle Anwendungen, Robotersehen, Fahrassistenzsysteme oder Systeme für autonomes Fahren sowie für viele weitere Einsatzmöglichkeiten, die das Interesse von Wissenschaftlern und Ingenieuren aus verschiedenen Disziplinen wecken."