Warum eigentlich Lichtfeld? Im Gegensatz zu üblichen Methoden der Bildaufnahme bietet das Lichtfeld eine ganze Reihe besonderer Eigenschaften und Vorteile. Sie können die Bildverarbeitung komplexer Objekte deutlich erleichtern – und damit wirtschaftlicher gestalten. In diesem Artikel möchten wir zeigen, warum das Lichtfeld eine einzigartige Chance für die Bildverarbeitung darstellt und wie Unternehmen diese Chancen für sich nutzen können.
Das Lichtfeld umfasst die Gesamtheit aller Lichtinformation einer Szene. Damit bringt dieser Ansatz eine ganze Reihe Eigenschaften mit sich, die in der Machine Vision vorteilhaft genutzt werden können. Das gelingt dem Lichtfeld insbesondere durch eine geringere Systemkomplexität und eine schnelle Aufnahme. Auf Langzeitbelichtungen, Kamerafahrten oder Ähnliches verzichtet die Lichtfeld-Technologie komplett.
Mehr und zuverlässigere Bildinformationen generieren
Zunächst einmal gilt: Mehr Informationen führen zu besseren Ergebnissen. Das bestätigt sich auch beim Einsatz des Lichtfelds. Typischerweise werden Lichtfeld-Kameras als Kamera- oder Linsen-Arrays eingesetzt, was zu deutlich mehr Bildinformationen führt. Der Sensor LumiScanX verfügt beispielsweise über 13 Kameras, die alle aus leicht unterschiedlichen Positionen eine Bildszene aufnehmen. Eine zugehörige Software rechnet Versatz, uneindeutige Bereiche und mehr im Anschluss einfach heraus.
Besonders auffällig ist dieser Effekt bei der Aufnahme metallischer und glänzender Oberfläche oder von Faserverbundwerkstoffen. Übliche Verfahren kommen hier ohne Musterprojektor schnell an ihre Grenzen. Eine Lichtfeld-Kamera hingegen kann die entstehenden Lichtreflexe durch ihre verschiedenen Eintrittswinkel aus den einzelnen Aufnahmen herausrechnen. Die Oberfläche der aufgenommenen Punktwolke ist dicht gefüllt.
Ähnlich sieht es mit den Rändern und Seiten aufgenommener Objekte aus. Auch hier hilft der Lichtfeld-Ansatz mehr Bildinformationen aufzunehmen. Weniger Verdeckungen und ein vollständigeres 3D-Abbild sind das Resultat. Präzisere Punktwolken führen in der Konsequenz zu einer leistungsfähigeren Bildverarbeitung. 3D-Rekonstruktion, Bildsegmentierung, aber auch Objekterkennung profitieren von der Lichtfeld-Technologie.
Der Umgang mit Bildschärfe – eine Besonderheit des Lichtfelds
Ein weiteres Merkmalbündel des Lichtfelds betrifft die Bildschärfe: Die Tiefenschärfe einer aufgenommenen Szene nimmt bei steigender Distanz linear ab. Andere Verfahren haben hier mit exponentieller Ungenauigkeit zu kämpfen. Tiefe Kisten oder hohe Industriedecken sind für Lichtfeld-Sensoren allerdings längst kein K.O.-Kriterium.
Überhaupt verhält sich die Schärfe bei Lichtfeld-Aufnahmen anders als üblich. Die Bildaufnahme im Array liefert eine Vielzahl von Einzelbildern – alle mit einem leicht verschobenen Schärfepunkt. Die zugehörige Software nutzt diese Informationen, um etwaige Bildunschärfe herauszurechnen. Übrig bleibt eine Szene, die überall scharf erfasst wurde. In der Filmproduktion nutzen Cutter dies, um nachträglich die richtigen Bereiche zu fokussieren. In der Industrie liefert das Lichtfeld eine rundum präzise Szene, um exakte Punktwolken zu generieren.
Übrigens ist die Filmbranche neben der industriellen Fertigung nicht der einzige Bereich, in der Lichtfeld-Technologie eingesetzt wird. Zur Generierung von 3D-Aufnahmen, Augmented oder Virtual Reality kann das Lichtfeld im Handumdrehen vollständige Szenen erzeugen.
Auf dem Weg zum neuen Standard?
Auch deswegen ist die Technologie dort bereits auf dem besten Weg zum neuen Branchenstandard. In der produzierenden Industrie nutzt man das Lichtfeld bislang vor allem im mikroskopischen Bereich. Doch die Technologie findet zunehmend Verbreitung auch bei größeren Objekten, insbesondere in der Qualitätsinspektion oder im automatisierten Handling von Teilen. In den nächsten Jahren könnte das Lichtfeld auch hier zum neuen Standard emporsteigen.