Empfindlichkeits-Weltrekord für CMOS-Kameras

Belichtungssystem schafft 118 dB Helligkeitsdynamik

Wissenschaftler des Fraunhofer Instituts für Mikroelektronische Schaltungen und Systeme (IMS) haben eine hochempfindliche Kamera für extreme Lichtbedingungen entwickelt. Während übliche Digitalkameras etwa 60 dB verkraften, kann die neu entwickelte CMOS-Kamera ein SW-Bild mit einer maximalen Helligkeitsdynamik von 118 dB darstellen. Für CMOS-Kameras mit linearen Kennlinien ist das laut IMS Weltrekord.

Um diese hohe Helligkeitsdynamik zu erreichen, nutzt die Kamera den gleichen Trick wie das menschliche Auge. Je nachdem, wohin das Auge blickt, stellt sich die Pupille blitzschnell auf hell oder dunkel ein. Im Gehirn verschmelzen die Bilder und suggerieren einen höheren Tonwertumfang als die Netzhaut wahrnehmen kann. Bei 50 Vollbildern pro Sekunde wählt die integrierte Elektronik der Kamera bis zu vier zeitlich benachbarte Aufnahmen mit unterschiedlicher Belichtungszeit. Anschließend kombinieren Algorithmen gut belichtete Partien in Echtzeit. Bisherige Kamerasysteme standen vor dem Dilemma, dass helle Partien oft „ausgefressen“ wirkten, während zu dunkle Bereiche „absofen“. Je nach gewählter Belichtung gingen so viele Nuancen unwiederbringlich verloren.

„Ein weiterer wichtiger Wert kommt zum tragen, wenn konventionelle Kameras bei 1/50 Sekunden Belichtungszeit nur noch ’schwarz sehen’“, erklärt Gruppenleiter Werner Brockherde vom IMS. „Unsere Kamera erreicht hingegen bei 1/50-Sekunden eine Nachweisempfindlichkeit von nur 33 Mikrowatt pro Quadratmeter, dies entspricht weniger als fünf Millilux und ist extrem hoch“, so Brockherde. Entwickelt wurde die Technik ursprünglich für ein optisches Fahrspurerkennungssystem von BMW. Nun suchen die IMS-Forscher nach weiteren Anwendungsmöglichkeiten. Vorstellbar wären etwa Überwachungsaufgaben, die sich durch hohe Kontraste oder starke Tag-Nach-Lichtwechsel in der Verkehrsüberwachung auszeichnen.