Eine hohe Zahl an Megapixeln gilt als Qualitätskriterium bei Digitalkameras. Eine neue Erfindung braucht nur einen einzigen Pixel, um 3D Bilder zu erzeugen und ist dabei billiger als die bisherige Technik. Droht teuren Digitalkameras jetzt das Ende?

Die neue Technik arbeitet mit kostengünstigen Detektoren und könnte teure Digitalkameras schon bald überflüssig machen.

Physiker der Universität Glasgow entwickelten eine Technologie, die mit ausgeklügelten neuen Methoden in Sekundenschnelle anspruchsvolle 3D Bilder erstellt - ganz ohne konventionelle Digitalkamera. Das Überraschende: Die verwendeten, kostengünstigen Detektoren haben nur einen Bildpunkt, mit dem sie Licht wahrnehmen. Trotzdem gelingt es den Forschern, komlexe 3D Bilder zu erzeugen. Ihr Trick: Sie verändern das Licht, mit dem sie das Objekt anstrahlen und nutzten die Intensität des vom Objekt reflektierten Lichtes, um Oberflächenstrukturen zu rekonstruieren.

Mit nur einem Pixel zum 3D Bild

In einem Versuch erzeugten die Forscher mithilfe der Ein-Pixel-Detektoren ein Bild einer Schädelplastik. Hier stellten sie einen Lichtprojektor einen Meter entfernt von der Plastik auf. Dieser warf Licht in Form schnell wechselnder, zufälliger schwarz-weißen Mustern auf den Schädel. Optisch erinnerten die schwarz-weiß Muster an das Kästchenmuster eines Kreuzworträtsels. Vier der Detektoren befestigten die Forscher an unterschiedlichen Stellen auf Höhe des Lichtprojektors, alle vier zeigten auf ein und denselben Punkt des Schädels. Die Detektoren fingen dann das von der Plastik reflektierte Licht auf und maßen dessen Intensität. Hier gilt: Je höher die Zahl der weißen Quadrate, die auf das Objekt treffen, desto höher die Intensität des reflektierten Lichtes. Durch komplizierte mathematische Berechnungen entstand aus gemessener Lichtintensität und reflektierten Mustern dann ein 2D Bild. Jeder der vier Detektoren lieferte den Forschern also ein 2D Bild mit Schatten. In einem nächsten Schritt verglichen die Wissenschaftler mithilfe einer sogenannten „Shape from Shape" Technik die 2D Bilder und rekonstruierten so Oberflächenverlauf und 3D-Form des Schädels.

Aus dem projezierten schwarz-weiß-Muster (hinten) rekonstruieren die Forscher die 3D Form des Schädels.

Das neue System hat 3 Vorteile: 1. Die Detektoren produzieren Bilder aus einem weitaus größeren Spektrum an Informationen als bisherige Systeme zur 3D Bildgebung in der Lage sind - kosten aber im Vergleich nur ein paar Euro und nicht Tausende. 2. Während die bildgebenden Sensoren herkömmlicher Kameras trotz millionenfacher Pixel nur sichtbares Licht wahrnehmen, erfasst das neue System trotz seiner Auflösung von nur einem Bildpunkt auch andere Lichtwellenlängen wie Röntgenstrahlen oder Terahertzstrahlen, sogenannte Submillimeterwellen. 3. Herkömmliche Systeme zur Produktion von 3D Bildern nutzen eine Vielzahl digitaler Sensoren, um ein 2D Bild in ein 3D Bild zu wandeln. Nur sorgfältig genormte Systeme stellen die korrekte Ausrichtung aller produzierten Multi-Megapixel Bilder sicher. Die neue Methode produziert jedoch exakte Bilder, ohne erst aufwändig kalibriert werden zu müssen.

Die neue Technologie könnte es zukünftig erlauben, 3D Fotografie finanziell erschwinglicher zu machen. Darüber hinaus bringen die Detektoren in vielen Bereichen Vorteile: Detektoren, die Frequenzen jenseits des sichtbaren Lichtes wahrnehmen, könnten beispielsweise in der Medizin helfen, durch die Erfassung von Terahertzwellen, unter der Haut verborgene Tumore zu entdecken. In der Geologie könnten sie genutzt werden, um Gase ausfindig zu machen, die Hinweise auf Ölvorräte geben.