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Polarisation

Lexikon der Bildverarbeitung: Polarisationskamera

Eine Kamera, die physikalische Materialeigenschaften sichtbar macht, die sich mit klassischer Visiontechnologie nicht nachweisen lassen. Grundlage ist ein Bildsensor, der Daten zum Polarisationszustand des Lichtes liefert.

Polarisationskameras können verwendet werden, um Objekte mit hohem Glanz zu untersuchen sowie Fehler,
Spannungen und Dehnungseigenschaften von Materialien wie Glas oder Kunststoff zu ermitteln. (Bild: © Stolk/istockphoto.com)

Zusätzlich zu den Eigenschaften Wellenlänge und Intensität besitzt Licht das Merkmal, dass seine elektromagnetischen Wellen polarisiert sein können: linear, zirkular oder elliptisch. Am Häufigsten tritt linear polarisiertes Licht auf und ist durch einen Polarisationsfilter nachweisbar. Der klassische Ansatz, ein Filter vor dem Objektiv, lässt nur einen Polarisationszustand für das gesamte Bild zu. Zum Erkennen verschiedener Polarisationszustände, waren bisher eine Filterdrehung oder der Einsatz mehrerer Kameras nötig. Bei Polarisationskameras sind verschieden gedrehte lineare Polarisationsfilter bereits auf Sensorebene mikrosystemtechnisch integriert. So können lineare Polfilter mit 0, 45, 90, und 135° Drehlage in einem definierten Muster der parallelen Filterstrukturen auf den Pixeln angeordnet werden. Werden aus dem Bildsensor jeweils nur die Pixel gleicher Polarisation ausgelesen, ergeben sich vier Bilder des gleichen Motivs, allerdings mit geringerer Auflösung, aber mit vier verschiedenen Polarisationszuständen. Nach einem ähnlichen Verfahren wie bei der Farbinterpolation für Bildsensoren mit Bayer Pattern Mosaikfilter können auch die Polarisationsdaten interpoliert werden. Am Ende stehen so vier voll aufgelöste Bilder in vier Polarisationszuständen zur Verfügung. Eine farbkodierte Darstellung (mit Falschfarben) zeigt dabei polarisationsbedingte Fehler. Polarisationskameras werden sowohl als Zeilen- als auch Matrixkameras ausgeführt und arbeiten im sichtbaren und NIR-Bereich. Polarisiertes Licht entsteht bei der Reflexion und Transmission von Licht an Objekten. Dabei ist der Grad der Polarisation von etlichen Faktoren abhängig, besonders aber vom Material und dem Reflexionswinkel des Lichts. Polarisationskameras eigenen sich für die Darstellung von Krümmung bzw. Planheit von Objekten, dem Nachweis mechanischer Spannungen in transparenten Materialien, der Unterscheidung verschiedener Materialien durch verschiedene Polarisationswinkel, der Analyse von Stoffen in Flüssigkeiten sowie dem Erkennen von Kratzern auf Kunststoffen.

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