Lochkamera neu erfunden

Die Flatcam-Forscher erfinden die Lochkamera jetzt auf Mikroebene neu. Statt nur eines Lochs gibt es Hunderttausende, mikroskopisch kleine Öffnungen auf der einen Quadratzentimeter großen Kunststoffmaske. Die liegt in weniger als einem Millimeter Abstand vor einer Sensorplatine, der digitalen Version des Fotofilms. So entstehen gleichzeitig Hunderttausende Fotos, die jeweils nur einen oder zwei Pixel groß sind.

Fügt man diese Pixel zusammen, ergibt das vorerst nur ein verschwommenes Bild. Weil der Abstand zwischen Öffnung und Sensor so gering ist, werden die Einfallstrahlen hinter der Maske nicht ausreichend gestreut. Die projizierten Lichtstrahlen sind zu dicht beieinander, um ein realitätsnahes Foto zu erzeugen. Die Wissenschaftler nennen das den Multiplex-Effekt.

"Im Internet of Things wird man per Flatcam kommunizieren"

Der Schlüssel zum erkennbaren Foto ist ein linearer Algorithmus. "Da wir mittlerweile sehr gut verstehen, wie sich Lichtstrahlen verhalten, können wir die dicht beieinander liegenden Informationen präzise dekodieren. Das System glättet sozusagen die einzelnen Aufnahmen und fügt sie zu einem Gesamtbild zusammen", sagt Ashok Veeraraghavan, Assistenzprofessor und Mitglied des Forschungsteams.

So entstehen digitale Mosaike mit 0,5 Megapixeln. Auf den bisher produzierten Fotos mit dem Prototypen sind die Objekte gut erkennbar, mehr aber auch nicht. Eine gewöhnliche Laptopkamera erzeugt wahrscheinlich bessere Bilder. Wozu ist die Kamera also gut?

"Die Flatcam soll vorerst nicht die Spiegelreflexkamera ersetzen", sagt Baraniuk. "Wir sehen die Anwendung aktuell vor allem in der visuellen Interaktion zwischen Geräten." Damit meint er das sogenannte Internet der Dinge, die Vernetzung und den Datenaustausch von Geräten und Computern untereinander.

Ein Beispiel aus der Lagerhaltung: In die Wand eines Warenregals in einem Schuhladen wird die flache Kamera integriert und filmt den Lagerbestand eines gewissen Modells. Verändert sich der Bestand, leitet sie diese Information automatisch an das Lagerhaltungssystem weiter. Ähnliches kann man den Forschern zufolge zwar jetzt schon machen, aber zu weitaus höheren Kosten als es mit der Flatcam möglich wäre.

Die Entwicklung ist für Baraniuk ein wegweisendes Beispiel für modernen technischen Fortschritt. "Die algorithmische Berechnung wird bei uns sehr früh in den Prozess eingebunden, und als Hauptbestandteil der Sensorik genutzt. Dadurch können wir auf physische Sensorelemente wie das Objetiv verzichten und das Gerät verkleinern", sagt er. Diese Vermischung aus Hard- und Software sei auch in anderen Technologiebereichen zu erwarten.