Mit Tintenstrahltechnologie entwickelte 3D-Multispektralkamera, die in Ihre Handfläche passt

Einer Forschergruppe am Karlsruher Institut für Technologie in Deutschland ist es gelungen, eine kompakte 3D-Multispektralkamera herzustellen. Zu diesem Zweck druckten sie eine Reihe von Mikrolinsen mit Hilfe der Tintenstrahltechnologie. Das Hauptziel dieser Zusammenarbeit war die Entwicklung einer neuen Methode zur Erfassung optischer Daten, die für die Rekonstruktion und präzise Analyse von Objekten nützlich sind. Eine Technologie, die die fortschrittlichsten 3D-Scanverfahren revolutionieren könnte. Die Ergebnisse sind zufriedenstellend, da diese neue Kamera 3D-Informationen und Daten in einer einzigen Aufnahme erfassen kann.

Multispektralkameras können Bilder und Spektren außerhalb des für das menschliche Auge sichtbaren Bereichs erfassen, indem sie Strahlung mit unterschiedlichen Wellenlängen erkennen. Sie verfügen über ein breites Anwendungsspektrum, z. B. in der Verteidigung, um ein vollständiges Bild zu erhalten und verborgene Objekte zu erkennen, in der Kartografie, um Karten zu erstellen, oder in der Landwirtschaft, um Ernten zu überwachen und zu bewerten. Wir sehen also, dass die Anwendungen relevant sind, aber die derzeitigen Geräte sind sehr komplex und die damit verbundenen Prozesse sind zeitaufwändig. Hier kommt die neue 3D-Kamera ins Spiel.

Herstellungsprozess einer Multispektralkamera.

Das Druckverfahren für Mikrolinsen

Die neuen Multispektralkamera-Mikrolinsen wurden im Tintenstrahldruckverfahren hergestellt. Diese Technologie wird zwar von gewöhnlichen Tintenstrahldruckern verwendet, doch nach Angaben des Teams wurde ein additives Verfahren angewandt. Ausgehend vom Material entwickelten die Forscher eine Tinte, die aus SU-8, einem Fotolack, und einem modernen Harzverdünner besteht. Die Tinte wurde dann auf eine Seite eines ultradünnen Objektträgers aufgetragen, der als Basis für die Herstellung der miniaturisierten Linse diente. Auf die andere Seite wurden Farbfilter gedruckt, um Pixel unter der Mikrolinse zu kodieren. Das fortschrittliche Material zeigte eine gute Stabilität während des Drucks und eine hohe Festigkeit nach der UV-Härtung. Nach Abschluss der UV-Härtungsphase wurde die optische Komponente in einen CMOS-Sensor und schließlich in ein Standard-Kameragehäuse integriert.

Die Konstruktion dieser Kamera ermöglichte die Erfassung von Spektral- und Tiefeninformationen, die sich jedoch mit dem Bild vermischten. Als Lösung wählten die Forscher einen neuen Ansatz, der auf fortgeschrittenem Lernen basiert, um nur die gewünschten Informationen zu extrahieren. Qiaoshuang Zhang, Hauptautor der Arbeit, sagte: „Die Herausforderung, eine Multispektralkamera zu entwickeln, konnte nur durch die Kombination der jüngsten Fortschritte bei der Herstellung, dem Systemdesign und der KI-basierten Bildrekonstruktion bewältigt werden. [Diese Arbeit erweitert die Grenzen des Tintenstrahldrucks – einer vielseitigen Methode mit hoher Präzision und industrieller Skalierbarkeit – für die Herstellung von photonischen Komponenten.“

Für den Drucker, der diesen Durchbruch ermöglichte, wurden die PixDro-Technologie und die LP50-Maschine von Suss MicroTec verwendet. Eine Desktop-Lösung für die Forschung und Entwicklung von Inkjet-Prozessen, Materialien und Anwendungen.

Teil des Forschungsteams am Karlsruher Institut für Technologie.

Ergebnisse und Anwendungen

Das Team testete die Kamera, indem es Szenen mit mehrfarbigen 3D-Objekten in unterschiedlichen Entfernungen aufnahm. Der Algorithmus wurde in der multispektralen Bildrekonstruktion trainiert und konnte räumliche und spektrale Informationen in 3D liefern. Und zwar Bilder von verschiedenen Objekten, die sich durch ihre spektrale Zusammensetzung und Tiefe unterscheiden. Und das alles in einer einzigen Aufnahme. Dieser Prototyp einer Multispektralkamera könnte in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt werden. Einige der von den Forschern vorgeschlagenen Anwendungen sind: in der Automobilindustrie, um das autonome Fahren zu verbessern; in der Elektronik und der Smartphone-Optimierung; in der Medizintechnik, für die Entwicklung von Endoskopen. Die Möglichkeiten sind vielfältig. Die Studie wurde in der Zeitschrift Optics Express veröffentlicht. Wenn Sie mehr darüber erfahren möchten, können Sie das vollständige Archiv HIER einsehen.

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*Bildnachweise: Karlsruher Institut für Technologie