Video | 20.03.2012

Optik

Um die Ecke geschaut

Für gewöhnlich sollte der Weg zwischen Kamera und ausgewähltem Motiv frei sein, um ein gelungenes Foto zu schießen. Doch mit Hilfe von ultraschnellen Laserpulsen und einer speziellen Kamera lassen sich auch versteckte Objekte ablichten, wie Forscher um Andreas Velten vom Massachusetts Institute of Technology in Cambridge, US-Bundesstaat Massachusetts, nun mit dreidimensionalen Bildern einer eigentlich unsichtbaren Zeichenpuppe demonstrieren.

In ihrem Experiment versperren die Forscher zunächst die Sichtlinie zwischen Kamera und Puppe. Um die gesamte Szene auszuleuchten bestrahlen sie dann eine weiße Wand – auf die die Kamera zeigt – mit Licht, das von dort in alle Richtungen reflektiert wird. Ein Teil des Streulichts fällt dabei auf die versteckte Puppe, wird von dessen Oberfläche wieder zur Wand zurückgeworfen und trifft so schließlich auf die Kamera.

Zwar enthält das aufgenommene, mehrfach gestreute Licht auch Informationen über die Form der Puppe, allerdings sind diese von dem diffus reflektierten Licht überlagert. Zumindest mit einer gewöhnlichen Kamera lässt sich das versteckte Objekt nicht mehr rekonstruieren, berichten Velten und seine Kollegen. Um dieses Problem zu überwinden, schicken sie in ihrem Versuch statt kontinuierlichem Licht ultraschnelle Laserpulse auf die Wand.

Das Eintreffen der gestreuten Lichtpulse wird mit einer so genannten Streakkamera erfasst, die eine zeitliche Auflösung von nur zwei Pikosekunden besitzt. Im Verlauf einer Messung verändern die Forscher den Schusswinkel des Lasers – und damit die angestrahlte Position auf der Wand – rund sechzigmal, während die Kamera die einzelnen Lichtpulse detektiert. Ein speziell entwickelter Algorithmus wertet dann die Laufzeiten und Formen der aufgezeichneten Pulse aus und filtert so die Informationen über das versteckte Objekt aus dem Streulicht heraus. Diese Methode funktioniere sogar dann, wenn sich nachfolgende Lichtpulse bei ihrer Ankunft in der Kamera zeitlich und räumlich überlappen, so die Wissenschaftler.

Im Fall der "unsichtbaren" Zeichenpuppe konnten sie mit Hilfe der aufgezeichneten Daten tatsächlich alle wichtigen geometrischen Eigenschaften rekonstruieren und ein dreidimensionales Abbild erzeugen – in einer Ebene parallel zur weißen Wand mit einer Präzision von rund einem Zentimeter, senkrecht dazu mit einer Präzision von unter einem Millimeter. Das Verfahren könnte beispielsweise bei der Inspektion von schwer zugänglichen Maschinenteilen oder zum Überwachen von stark kontaminierten Bereichen zum Einsatz kommen, so Velten und sein Team, aber sicher auch in vielen weiteren Situationen, in denen ein direkter Zugang nicht möglich ist.

© Spektrum.de
Rekonstruiertes Bild

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