© Fraunhofer IOSB

Lichtfeld-Technologien

Der klassische PC-Bildschirm auf unserem Schreibtisch kann lediglich 2D-Bildinhalte anzeigen, welche aus jeder Betrachtungsrichtung identisch aussehen. Ein Lichtfeld-Display hingegen kann in verschiedene Richtungen gleichzeitig unterschiedliche Informationen darstellen. Man stelle sich im Auto ein Display in der Mittelkonsole vor, auf welchem dem Fahrer die Navigation angezeigt wird, während der Beifahrer darauf gleichzeitig einen Spielfilm ansehen kann. Wir gehen diesen Weg noch weiter und stellen unterschiedliche Bildinhalte in bis zu 1600 verschiedenen Richtungen gleichzeitig dar.

 

Funktionsprinzip

Ein Lichtfeldemitter ist eine ebene Lichtquelle, bei der sowohl die Position als auch die Richtung der Lichtemission variiert werden kann. Unser Prototyp kombiniert einen Monitor mit einem Linsenfeld, welches sich im Abstand der Brennweite der Einzellinsen vor dem Monitor befindet. Wird ein Pixel hinter einer der Linsen aktiviert, sendet der Lichtfeld-Display ein paralleles Strahlenbündel aus, dessen Ausbreitungsrichtung durch die räumliche Position des aktivierten Pixels hinter der Einzellinse definiert ist. Auf diese Weise wird ein 4D-Lichtfeld erzeugt. Die räumliche Auflösung entspricht der Anzahl an Einzellinsen des Linsenfelds; die Winkelauflösung bestimmt sich aus der Anzahl an Monitorpixeln hinter jeder Einzellinse.

© Fraunhofer IOSB
Abbildung 1: Aufbau eines Lichtfeld-Displays. Unser Prototyp kombiniert einen Monitor mit einem Linsenfeld, welches sich im Abstand der Brennweite der Einzellinsen vor dem Monitor befindet. Wird ein Pixel hinter einer der Linsen aktiviert, sendet das Lichtfeld-Display ein paralleles Strahlenbündel aus, dessen Ausbreitungsrichtung durch die räumliche Position des aktivierten Pixels hinter der Einzellinse definiert ist. Auf diese Weise wird das Lichtfeld in den Raum projiziert.

Anwendung in der optischen Inspektion

Ebendiese zusätzlich steuerbaren Dimensionen (neben Pixelreihen und -spalten zusätzlich horizontale und vertikale Abstrahlrichtung) eröffnen zusätzliche Möglichkeiten: Ein solches Lichtfeld-Display kann in der industriellen Sichtprüfung dazu verwendet werden, Objekte mit komplexen Geometrien mit einem speziell angepassten „Lichtrezept“ so zu beleuchten, dass relevante Strukturen mit maximalem Kontrast detektiert werden können.

© Fraunhofer IOSB
Abbildung 2: Verwendung eines Lichtfeld-Displays zur problemspezifischen Beleuchtung in der industriellen Sichtprüfung. Prüfling: Glasplatte mit Defekt am Rand oben rechts. Links: Klassische Hellfeldbeleuchtung – der Defekt ist kaum zu erkennen. Rechts: Lichtfeld-Beleuchtung (farbkodiert) – der Defekt ist mit starkem Kontrast sehr deutlich zu erkennen.

Um die Vielfalt der einstellbaren Beleuchtungsmodalitäten zu demonstrieren, zeigen wir im Folgenden die Verwendung unseres Prototyps als autostereoskopisches Display. Dazu haben wir 361 Ansichten eines Zauberwürfels synthetisch erzeugt und diese in eine 2D-Darstellung gerendert, die auf dem Bildschirm des Lichtfeld-Displays angezeigt wird. Das Linsenarray wandelt diese dann in ein 4D-Lichtfeld um, das wir mit einer Kamera aus neun verschiedenen Blickwinkeln aufgenommen haben. Wie zu sehen ist, ähnelt das emittierte Lichtfeld stark den ursprünglichen Lichtfelddaten.

© Fraunhofer IOSB
Abbildung 3:
Links: synthetisch erzeugte Ansichten eines Zauberwürfels.
Mitte: gerenderte 2D-Darstellung der 4D-Lichtfelddaten, wie sie auf dem Bildschirm des Lichtfeld-Displays dargestellt wird.
Rechts: projiziertes Lichtfeld, aufgenommen aus 9 unterschiedlichen Perspektiven.

Abteilung Sichtprüfsysteme des Fraunhofer IOSB

Sie wollen mehr über unsere Themen im Bereich »Sichtprüfsysteme« erfahren? Dann besuchen Sie die Seite unserer Abteilung.

 

Weitere Projekte der Abteilung Sichtprüfsysteme

Sie wollen mehr Projekte und Produkte im Bereich »Sichtprüfsysteme« kennenlernen? Dann besuchen Sie die Projektseite unserer Abteilung SPR und informieren Sie sich.