Messtechnik Multispektral-Kamera basiert auf Mikrooptik

Eine neue Kamera des Fraunhofer-IOF kombiniert ein Mikrolinsen-Array mit einem Spektralfilter. Dadurch kann sie sowohl räumliche wie auch spektrale Informationen erfassen.

Die besondere Anforderung an multispektrale Kamerasysteme besteht in der gleichzeitigen Aufnahme von hochaufgelösten spektralen und räumlichen Informationen. Klassische Lösungen basieren dabei, so das Fraunhofer-IOF, häufig auf scannenden Verfahren.

Wie das IOF weiter ausführt, kann die neue, multispektrale Kamera diese Einschränkungen überwinden. Sie basiert auf einem Multi-Apertur-Systemansatz mit spezifisch angepasstem Mikrolinsen-Array in Kombination mit einem schrägen, linear variablen Spektralfilter.

Das System bietet bei einer Größe von 60 mm × 60 mm × 28 mm ein Sichtfeld von 68° und eine räumliche Abtastung von 400 × 400 Pixel pro Kanal. Mögliche Anwendungsbereiche sind unter anderem die Umweltüberwachung und die industrielle Produktionskontrolle und Sortierung.

Außerdem wurde am Fraunhofer-IOF ein neuartiger Arrayfilter entwickelt, der in Kombination mit einem angepassten Mikrolinsen-Array die Realisierung einer weiteren ultrakompakten Multispektralkamera ermöglicht. Aufgrund einer Array-Anordnung von zwölf individuellen Spektralkanälen wird eine parallelisierte Detektion in Echtzeit ermöglicht.

Es handelt sich dabei sich um einen speziellen Fabry-Pérot-Filter, welcher durch eine Kombination von Grautonlithographie und eines Trockenätzprozesses lateral strukturiert wird. Mittels einer durchgehend auf Wafer-Level-Maßstab basierenden Prozesskette lässt sich eine Vielzahl von Filterarrays parallel herstellen.

Die auf Basis der neuartigen Filter umgesetzte Multispektralkamera besitzt eine räumliche Auflösung von 610 × 610 Pixel bei einem Gesichtsfeld von 32°. Die zwölf Spektralbänder lassen sich individuell in einem Bereich von 500 bis 950 nm auswählen und besitzen eine typische Bandbreite von 20 bis 30 nm.

Eine Rekonstruktion des kompletten multispektralen Datenwürfels erfolgt anschließend durch eine Überlagerung der Einzelkanäle basierend auf einer spektralen Kalibrierung jedes Pixels sowie einer räumlichen Kalibrierung der relativen Einzelbildkoordinaten.

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