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Technik+Digitales

Scharf sehen mit wenigen Pixeln

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Das Facettenauge einer Fruchtfliege besteht aus vielen kleinen Einzelaugen. Bild: Louisa Howard
Auf der Suche nach neuen Lichtsensoren hat der Physiker Andreas Brückner vom Fraunhofer-Institut für Angewandte Optik und Feinmechanik in Jena bei den Insekten geklaut. Der Forscher entwickelte extrem dünne Objektive nach dem Vorbild der Facettenaugen der Sechsbeiner. Die Sensoren bestanden zwar nur aus 2.500 Bildpunkten, funktionierten aber so gut, als wären 400.000 Pixel vorhanden.

Die Facettenaugen von Insekten setzen sich aus einigen hundert bis mehreren zehntausend Einzelaugen zusammen, die jeweils aus einer winzige Linse und einer Sinneszelle bestehen. Der Nachteil dieses Augentyps: Die räumliche Auflösung ist durch die Anzahl der Bildpunkte begrenzt, sie liegt weit unter der von Linsenaugen. Zudem ist die Empfindlichkeit des Facettenauges gering und nimmt mit steigender Auflösung stark ab. Das liegt daran, dass jede einzelne Linse eine sehr geringe Fläche hat und daher nur wenig Licht aufnehmen kann. Dafür ist die zeitliche Auflösung bei Facettenaugen besser. Insekten können bis zu 300 Bilder pro Sekunde unterscheiden, während der Mensch schon 24 Bilder pro Sekunde als Film wahrnimmt.

Trotz der relativ geringen Auflösung ihrer Augen sind im Flug jagende Insekten wie Libellen aber in der Lage, erstaunlich präzise Manöver durchzuführen. Denn tatsächlich sehen Insekten mehr, als die Zahl ihrer Facettenaugen annehmen lässt. Das liegt daran, dass sich die Gesichtsfelder benachbarter Facetten überlappen. Durch diese Zusatzinformation kann das Insektengehirn mehr Informationen aus den Signalen der Sinneszellen herausholen.

Dieses Phänomen hat Andreas Brückner nun technisch nachempfunden: „Das Ziel bestand darin, Facettenaugen-Objektive zu entwickeln, die eine Vielzahl von parallel abbildenden Kanälen beinhalten und zudem dünner als 0,5 Millimeter sind“, berichtet Andreas Brückner. Zunächst analysierte er, wie in künstlichen Facettenaugen überhaupt Bilder entstehen. Die Herausforderung lag darin, das Überlappen der Gesichtsfelder künstlich umzusetzen. Ein Prozessor konnte dann die Bildsignale benachbarter Facetten miteinander vergleichen. Das ermöglichte es, die Position eines Objektes mit einer Genauigkeit zu bestimmen, die die Bildauflösung um ein Vielfaches übertraf.

Der neue Sensor ist in der Lage, einfache Objekte zu erkennen sowie deren Position und Größe exakt zu bestimmen. Auch Bewegungen kann er zuverlässig aufspüren. Das System lässt sich zum Beispiel für Sonnenstandssensoren nutzen, die im Auto die Klimaanlage regulieren. In sogenannten Fahrerassistenzsystemen können solche Sensoren Fahrstreifen erkennen und notfalls die Steuerung des Autos zu korrigieren. Erste Projekte dazu laufen bereits, teilt die Fraunhofer-Gesellschaft mit.

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Mitteilung der Fraunhofer-Gesellschaft Ute Kehse
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