Neue holografische Kamera macht das Unsichtbare sichtbar

Die neue holografische Kamera, entwickelt an der Northwestern University im US-Bundesstaat Illinois, kann um Ecken herum sehen. Sogar durch Haut, Wände oder den menschlichen Brustkorb.

Diese Meisterleistung macht ein Verfahren namens "Synthetic Wavelength Holography" möglich. Dabei wird kohärentes Licht (wie das eines Lasers) gestreut und auf das jeweilige verborgene Objekt geworfen. Es wird daraufhin erneut gestreut und gelangt zurück zu der Kamera. Ein Algorithmus rekonstruiert schließlich den Gegenstand, macht ihn also durch das abgegebene Lichtsignal sichtbar.

Die holografische Kamera kann aber nicht nur stillstehende Objekte erfassen. Sie macht auch bewegliche Gegenstände wie fahrende Autos hinter einer Straßenecke oder das Pochen eines menschlichen Herzens sichtbar.

So funktioniert's

Beide Unterfangen erscheinen grundlegend verschieden. Aber laut jenen Forscher*innen, die an der Entwicklung der Kamera maßgeblich beteiligt waren, ist es der holografischen Kamera egal, ob nun die menschliche Haut oder eine Ecke zwischen ihr und dem aufzunehmenden Objekt steht.

Denn bei beiden handle es sich um sogenannte Streumedien. Das bedeutet, dass jenes Licht, das auf das Objekt trifft, so gestreut wird, dass kein Bild des Gegenstandes mehr zu sehen ist. Die Forscher*innen erklären dies gegenüber Phys.org anhand eines einfachen Beispiels: Wenn man seine Handfläche mit einer Taschenlampe durchleuchtet, sei zwar das Licht auf der Rückseite zu sehen, nicht aber die Schatten Knochen. Denn das Licht würde im Gewebe in alle Richtungen gestreut werden. Dadurch würde der Schatten undeutlich werden.

Die Kamera fängt genau dieses gestreute Licht auf, und enthüllt mittels des eigens entwickelten Algorithmus das Objekt - oder eben die Knochen in der Hand. 

Neue Forschungsgebiet

Diese Art von Verfahren, mit dem Gegenstände hinter Hindernissen abgebildet werden können, bezeichnet man als "Non-Line-of-Sight" (NLoS)-Imaging. Im Laufe der Jahre haben zahlreiche Forscher*innen versucht, mit NLoS-Imaging Bilder von verborgenen Objekten zu gewinnen. Deren Studien litten allerdings an diversen Problemen: Zum Beispiel an einer niedrigen Bildauflösung, einem zu kleinen Bildausschnitt oder die Bildgebung dauerte schlichtweg zu lange.

Die neue Kamera der Northwestern University könnte diese Hürden allerdings überwinden. Sie ist in der Lage winzige Merkmale auf engstem Raum mit einer besonders hohen Auflösung zu erfassen. Sogar kleinste Hautkapillare könne die Kamera sichtbar machen, so die Forscher*innen.

Einsatz in Straßenverkehr und Medizin

Naheliegend ist, dass die Kamera in der Medizin, nämlich bei der nicht-invasiven Bildgebung zum Einsatz kommen wird. Ein weiteres Anwendungsgebiet drängt sich allerdings weniger auf: der Straßenverkehr. Das Verfahren kann auch bei Frühwarnsystemen für Autos angewandt werden.

Jene Forscher*innen, die an der Entwicklung der Kamera maßgeblich beteiligt waren, sind davon überzeugt, dass die Einsatzmöglichkeiten endlos sind. "Unsere Technologie wird eine neue Welle von Bildgebungsmöglichkeiten einleiten", sagt Florian Willomitzer, Erstautor der Studie von der Northwestern University.