Kamerapixel mit Tiefgang: Durchbruch zum schnellen 3D-Sehen

(f.l.t.r.) Prof. Dr.-Ing. Rudolf Schwarte, Dr.-Ing. Bernd Buxbaum, Dipl.-Ing. (BA) Torsten Gollewski, MBA

Prof. Dr.-Ing. Rudolf Schwarte (Spokesperson)
Dr.-Ing. Bernd Buxbaum
Dipl.-Ing. (BA) Torsten Gollewski, MBA

PMD Technologies, Siegen
Audi Electronics Venture GmbH, Ingolstadt
Institut für Nachrichtenverarbeitung (INV) der Universität Siegen
Interdisziplinäres Zentrum für Sensorsysteme (ZESS) der Universität Siegen

Zahlreiche Anwendungen der Mess- und Kommunikationstechnik benötigen einen künstlichen dreidimensionalen Blick.

Wie lässt er sich der auf elegante Weise technisch realisieren?

Rudolf Schwarte, Bernd Buxbaum und Torsten Gollewski ist ein das durch die Entwicklung von neuartigen, einfachen Halbleiterstrukturen gelungen. Rudolf Schwarte ist Mitbegründer der Siegener PMD Technologies GmbH, Bernd Buxbaum ist Technischer Geschäftsführer bei dem Unternehmen, Torsten Gollewski leitet die Abteilung Vorentwicklung Elektrik/Elektronik der Audi AG sowie die Abteilung Finanzen und Strategie der Audi Electronics Venture GmbH in Ingolstadt.

Künstlicher Blick für Autos und Roboter

Viele neue Produkte benötigen eine dreidimensionale Wahrnehmung des Umfelds. Eine schnelle, berührungslose und präzise 3D-Bilderfassung ermöglicht etwa die Entwicklung von Fahrerassistenzsystemen für Autos, die Straße und andere Verkehrsteilnehmer im Blick haben und so Unfälle vermeiden helfen. Weitere Beispiele sind die Automatisierungs- und Sicherheitstechnik sowie die Robotik, wo die räumliche Orientierung von entscheidender Bedeutung ist.

Konventionelle Bildsensoren erzeugen aus der Intensität des einfallenden Lichts ein zweidimensionales Bild der Umgebung. Eine 3D-Information lässt sich bisher nur mit großem technischem Aufwand und zu hohen Kosten generieren, etwa mit mechanischen Scannern.

3D-Bilder - billig und schnell

Wesentlich einfacher gelingt das mit den neuartigen optoelektronischen Halbleiterchips. Sie sind durch einen simplen technischen Kniff in der Lage, das von einem Objekt reflektierte Lichtsignal parallel zu detektieren und daraus direkt eine räumliche Information zu gewinnen. Die Funktionsweise ist einfach: Das von einem Sender ausgesendete modulierte Lichtsignal, etwa unsichtbares Infrarotlicht, beleuchtet eine Szene. Das reflektierte Licht trifft auf einen Sensor, der ebenfalls an die Modulationsquelle gekoppelt ist. Durch Vergleich von Mess- und Referenzsignal wird blitzschnell ein 3D-Bild der beleuchteten Umgebung erstellt. Das Verfahren wird als Photonen-Mischung bezeichnet. Es verringert den technischen Aufwand und die Kosten deutlich. Außerdem sind die erforderlichen Geräte (Photo-Misch-Detektoren, PMD) weitaus kleiner als herkömmliche Systeme. Sie sind robust, leistungsfähig und lassen sich auf einfache Weise herstellen.

Das Anwendungsspektrum der PMD-Technologie ist riesig - etwa in der Automobilindustrie oder der optischen Datenübertragung. Experten sind überzeugt, dass nach dem Siegeszug der Elektronik die Zeit der Photonik und Optoelektronik anbricht. Dort ist Deutschland führend. Die Innovation aus Siegen und Ingolstadt stärkt diese Position und schafft nachhaltig Arbeitsplätze.

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