Forscher der Universität Arizona haben eine bahnbrechende Technologie für die 3D-Vermessung entwickelt, die es Maschinen ermöglicht, in Umgebungen mit stark unterschiedlichen Reflexionseigenschaften präzise zu sehen. Das Ergebnis dieser Arbeit wurde kürzlich in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht. Das Team unter der Leitung von Florian Willomitzer vom Computational 3D Imaging and Measurement Lab möchte die 3D-Sensorik über die Fähigkeiten des menschlichen Auges hinausheben. Dies ist entscheidend für den sicheren Einsatz von autonomen Fahrzeugen, die präzise Steuerung von Robotern in der Chirurgie sowie für Qualitätskontrollen in der Industrie. Ein zentrales Problem bei herkömmlichen 3D-Sensoren bestand darin, dass sie meist entweder auf matte, diffus reflektierende Oberflächen oder auf stark spiegelnde, glänzende Flächen spezialisiert waren. In der realen Welt existieren jedoch fast immer Mischungen aus beiden, wie zum Beispiel glänzendes Autoblech neben matter Verkleidung oder nasse Gewebe und Haut in der medizinischen Diagnostik. Bislang scheiterten Standardverfahren an solchen Szenarien, da sie die unterschiedlichen Lichtbrechungen nicht gleichzeitig korrekt erfassen konnten. Die neue Methode umgeht dieses Problem durch einen innovativen Ansatz, der als „virtueller Bildschirm" bezeichnet wird. Anstatt auf große, teure und unflexibel installierte Bildschirme zurückzugreifen, wie es frühere Techniken der Deflektometrie erforderten, nutzen die Forscher die gesamte Umgebung des zu untersuchenden Objekts als Messfläche. Ein Laser scanner erfasst zunächst das gesamte Szenario, einschließlich aller Wände und Objekte mit matten Oberflächen. Durch spezielle Algorithmen trennt das System mathematisch die matten Bereiche von den spiegelnden. Alle erfassten matten Teile dienen fortan als riesiger, virtueller Bildschirm, der es dem Sensor erlaubt, die Form der spiegelnden Objekte über deren Reflexionssignale präzise zu berechnen. Zusätzlich setzt das Team neuromorphe Ereigniskameras an, anstatt herkömmlicher Kameras, die Bilder Frame für Frame aufnehmen. Diese Ereigniskameras erfassen nur die Veränderungen im Bildgeschehen und tun dies mit extrem hoher zeitlicher Auflösung. Dies ermöglicht nicht nur die Aufnahme von 3D-Videos sich bewegender Objekte mit hohen Bildraten, sondern sorgt auch dafür, dass das System selbst bei extremen Helligkeitsunterschieden, etwa zwischen einem dunklen Schatten und grellem Sonnenlicht, stabil funktioniert. Aniket Dashpute, erster Autor der Studie, und sein Kollege Jiazhang Wang betonen die Skalierbarkeit der Technologie. Das Konzept, das derzeit in einem Labormaßstab demonstriert wurde, lässt sich beliebig vergrößern. Es kann somit sowohl die Vermessung winziger, glänzender Blutgefäße während einer Operation als auch das vollständige Digitalisieren ganzer Räume oder Gebäude ermöglichen. Die Kombination aus dem virtuellen Bildschirm-Konzept und der hochempfindlichen Ereigniskamera stellt einen bedeutenden Schritt dar, um Maschinen mit einer robusteren und vielseitigeren 3D-Sicht auszustatten, die den komplexen Anforderungen der realen Welt gewachsen ist.