Mit einem Lichtblitz werden dreidimensionale Strukturen komplett erfasst
Computer lernen räumliches Sehen

Damit Rechner Gegenstände räumlich erfassen können, waren bislang aufwendige Gerätschaften und komplexe Programme notwendig. Eine neue Entwicklung aus dem Silicon Valley nutzt die Laufzeit des Lichts. Dank der neuen Technik kann der Computer in Zukunft schnell auf einen Blick Personen und Dinge im Raum dreidimensional erfassen.

DÜSSELDORF. Mit einer einfachen - aber genialen - Idee gelingt es dem amerikanischen Startup Canesta Inc., -Unternehmen mit einem Lichtblitz dreidimensionale Strukturen zu erfassen. Bislang müssen die Objekte Punkt für Punkt gescannt und die Daten in dreidimensionale Bilder umgewandelt werden. Mit der neuen Technik könnten in Zukunft computergesteuerte Produktionsprozesse beschleunigt und auch zuverlässigere Sicherheitstechnik entwickelt werden.

Das Verfahren, das Canesta-Gründer Nazim Kareemi zur 3-D-Datengenerierung nutzt, ähnelt eher einem Radar als einer Bildverarbeitung. Beim Radar wird ein Elektronenstrahl ausgesendet. Wird dieser von einem Objekt reflektiert, zeigen die Bildschirme ein Echo an. Aus der Laufzeit des Strahls kann die Entfernung errechnet werden.

Die amerikanischen Entwickler verzichten jedoch auf Radarstrahlen, da diese gesundheitsschädlich sind. Sie verwenden Leuchtdioden, die 50-mal pro Sekunde einen unsichtbaren Lichtimpuls aussenden. Das von Objekten reflektierte Licht wird schließlich auf einem Chip gebündelt, der aus einer Matrix von Empfangssensoren besteht. Hier werden allerdings nicht, wie bei Bildsensoren, Helligkeit und Farbinformation ausgewertet. Es handelt sich vielmehr um Zähler, mit denen die Zeit zwischen dem Lichtimpuls und dem Eintreffen des reflektierten Lichts gemessen wird. Je weiter ein Gegenstand entfernt ist, desto länger braucht das Licht, um die Sensoren zu erreichen.

Aus den gewonnenen Daten ermittelt der Computer ein Relief der näheren Umgebung. Die Berechnung der Laufzeit ist um ein Vielfaches einfacher als die Auswertung von Scannern. Durch die Konzentration ausschließlich auf die Tiefeninformation sind, nach Aussagen von Kareemi, fünfzig Reliefkarten pro Sekunde möglich. Das von Canesta entwickelte Verfahren erkennt jedoch nur die Körper oder Teile eines Körpers, die dem Sensor am nächsten sind. Verdeckte Kanten oder Flächen bleiben auf dem Relief unsichtbar.

Zum Digitalisieren von Körpern werden bislang 3-D-Scanner eingesetzt. Hier scannt allerdings ein Laserstrahl das Objekt Punkt für Punkt ab. Die Tiefe wird ebenfalls durch Laufzeitinformation ermittelt. Für CAD oder Animationssysteme entstehen daraus Volumenmodelle. Mit solchen Verfahren sind allerdings keine dynamischen Reliefs möglich, weil die sequenzielle Abtastung mehrere Minuten dauern kann. Das amerikanische Unternehmen Inspeck Inc. scannt zwar ähnlich wie Canesta Objekte mit Licht ab - geht dabei aber wie die Laser Punkt für Punkt vor.

Die erste Generation der 3-D-Erfasser von Canesta wird zunächst nur die nähere Umgebung von unter einem Meter analysieren können. Damit will das Unternehmen vor allem Anwendungen für den mobilen Markt generieren. Gedacht ist an virtuelle Tastaturen oder Mäuse. Der Anwender kann so tun als schreibe er auf einer Tastatur. Eine kleine Box erkennt die Position der Hände und Finger und sendet die Koordinaten und virtuellen Tastendrücke an den PDA oder das Handy.

Später sollen mit der Technik auch Objekte in größerer Entfernung erfasst werden. Dann ist zum Beispiel auch die Analyse von Bewegungen und der Gestik eines Menschen möglich. Spielefreaks könnten statt mit Steuerknüppel und Maus den Spielverlauf mit Handbewegungen und Gesten steuern. Außerdem wären Alarmanlagen nicht länger auf trügerische Wärmebilder angewiesen, sondern könnten auf geometrische Veränderungen im Raum reagieren. Wird der Reliefchip mit einem herkömmlichen Kamerachip gekoppelt, wären 3-D-Konferenzsysteme mit verbesserter Echtzeitübertragung denkbar.

Gefertigt werden die Chips, die laut Patentschrift über 100 x 100 Bildpunkte verfügen, in 0,25 Mikrometer-Technologie von der United Microelectronics Corp. Mit der Lieferung der ersten Chips wird im dritten Quartal dieses Jahres gerechnet, und die ersten Produkte sollen Anfang des kommenden Jahres auf den Markt kommen.

Quelle: Handelsblatt

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