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Kamera kann durch feste Objekte sehen

17.07.2012
Forscher errechnen Bilder aus gestreutem Licht

Forscher des Weizmann Institute of Science in Israel haben ein Verfahren entwickelt, das aus an undurchsichtigen Oberflächen gestreutem Licht Bilder errechnet. Damit kann ein weißes Blatt Papier als Spiegel verwendet werden. Längerfristig soll es auch möglich sein, durch Eierschalen oder biologisches Gewebe durchzusehen. Die Wissenschaftler errechnen die Streuung des Lichts mit einem Algorithmus und verwenden einen räumlichen Modulator für Licht, um die Verzerrungen zu korrigieren und das ursprüngliche Bild wiederherzustellen.


Spiegel-Kamera: Bündelung der Lichtstreuung (Foto: MIT/Kirmani)

Medizinisches Potenzial

Licht, das auf ein weißes Blatt Papier trifft, wird in alle Richtungen gestreut. Den Forschern aus Israel ist es jetzt gelungen, aus dem gestreuten Licht ein Bild zu erstellen. Bei der Streuung des Lichts wird die Phase der auftreffenden Lichtwellen an jedem Punkt individuell verändert. Mit einem räumlicher Modulator, der das Licht wie eine Kamera einfängt, kann die Phase der Lichtwellen für jedes Pixel einzeln korrigiert werden. Mithilfe sogenannter genetischer Algorithmen kann so das ursprüngliche Bild wiederhergestellt werden und ein Blatt Papier wird zu einem Spiegel, berichten die Forscher um Yaron Silberberg in "Nature Photonics".

Festkörper wie Eierschalen, Papier oder Haut streuen auch das Licht, das sie durchdringt. Die Kamera aus Israel kann theoretisch durch solche Objekte durchsehen. "Der Grund dafür, dass ein Blatt Papier oder menschlisches Gewebe nicht durchsichtig ist, ist die Streuung des Lichts, das heisst eine statistische Verzerrung der Phasenfront der Lichtwellen. Wirklich undurchsichtig sind eigentlich nur Metalle", erklärt Georg Reider von der TU Wien http://tuwien.ac.at gegenüber pressetext.

Mit einem computergesteuerten räumlichen Phasenmodulator und entsprechenden Algorithmen kann diese Verzerrung wieder repariert werden. "Eine ähnliche Technologie kommt bei Korrektur von Bildern in der Astronomie zum Einsatz, wo das Licht, das die Teleskope erreicht, von der Atmosphäre phasenverzerrt wird", so Reider.

Medizinisches Potenzial

Die Forscher aus Israel haben es erstmals geschafft, unter Verwendung von normalem, sichtbarem Licht brauchbare Bilder aus gestreuten Wellen zu extrahieren. Mit Laserlicht wurden ähnliche Erfolge schon früher erzielt (pressetext berichtete: http://www.pressetext.com/news/20101118024 ) Vor allem für die Medizin ist die Aussicht, durch biologische Gewebe sehen zu können, verlockend.

"Die Anwendungen für eine Technik, die es erlaubt durch Gewebe zu sehen, wären vielfältig. Es gab schon früher Ansätze für entsprechende Verfahren, etwa die Phasenkonjugation, bei der intensives Laserlicht eingesetzt wird, oder ultraschnelle optische Verfahren, bei denen nur die schnellsten Photonen, die keinerlei Streuung erlitten haben, detektiert werden. Allerdings hat sich der technische Aufwand und vor allem die Zeit, die zum Erstellen der Bilder benötigt wird, als limitierender Faktor erwiesen, weshalb diese Verfahren an Bedeutung verloren haben" sagt Reider.

Ob es den Forschern gelingt, eine alltagstaugliches medizinisches Bildgebungsverfahren zu entwickeln, ist ungewiss. "Im Labor ist es heute durchaus möglich, durch statische Streuobjekte hindurch zu sehen. Die Anwendung solcher Technologie auf lebendes Gewebe hat sich bisher aber als sehr komplex erwiesen", so Reider.

Markus Keßler | pressetext.redaktion
Weitere Informationen:
http://www.weizmann.ac.il

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