Eines Tages, in nicht allzu ferner Zukunft, könnten wir alle Kameras in unseren Taschen haben, die weit über das hinaussehen, wozu unsere Augen in der Lage sind.
Dies ist das Ziel eines Forscherteams der University of Washington, das in Zusammenarbeit mit Microsoft eine erschwingliche Hyperspektralkamera namens HyperCam entwickelt hat.
Das menschliche Auge kann, obwohl es in seiner Komplexität blendend ist, nur einen begrenzten Bereich sehen. Im gesamten elektromagnetischen Spektrum nehmen unsere Augen nur drei Farbbänder wahr - Rot, Grün und Blau. Wissenschaftler verwenden daher seit langem Hyperspektralbilder - eine Technologie, die das elektromagnetische Spektrum in Hunderte von Bändern unterteilt, um detaillierte Datenbilder zu erstellen, die über das hinausgehen, was das Auge sehen kann - für eine Vielzahl von Zwecken. Es wird in der Landwirtschaft und im Bergbau verwendet, um Dinge wie den Mineralgehalt und den Feuchtigkeitsgehalt des Bodens zu untersuchen. In Hyperspektralaufnahmen aus der Luft weisen bestimmte Arten von Böden oder Mineralien spezifische spektrale Signaturen auf, die Muster bilden. Lebensmittelsicherheitsinspektoren können Hyperspektralkameras verwenden, um Lebensmittel auf Nährstoffgehalt oder Verunreinigung durch Nichtlebensmittelmaterial zu untersuchen.
HyperCam verwendet sowohl sichtbares Licht als auch unsichtbares nahes Infrarotlicht, um unter die Oberfläche von Objekten zu blicken und Muster zu erstellen, die unseren Augen zeigen, was sie vermissen. Für jedes Bild wird ein Bild mit 17 verschiedenen Wellenlängen erzeugt. Die integrierte Software wählt dann die besten Teile jedes Bildes aus, um sie zu einem Ganzen zusammenzufügen. Es privilegiert Teile des Bildes, die Dinge zeigen, die das Auge normalerweise nicht wahrnimmt.
"[HyperCam] versucht automatisch zu definieren, was in einer Szene nützlich ist", erklärt Mayank Goel, Doktorand an der University of Washington, der am HyperCam-Projekt arbeitet. "Es übertreibt, was das menschliche Auge nicht sehen kann."
HyperCam kann beispielsweise Venen unter der menschlichen Haut erkennen. Diese Venenmuster können in Kombination mit den äußerst detaillierten Bildern der Oberflächenmuster einer Haut zur Identifizierung verwendet werden. In einem Experiment mit 25 Probanden konnte HyperCam Fotos von Händen und ihren Probanden mit einer Genauigkeit von mehr als 99 Prozent zuordnen. Diese hohe Genauigkeit lässt vermuten, dass HyperCam potenzielle biometrische Verwendungszwecke haben könnte, zum Beispiel die Verwendung von Hautmustern zum Entsperren von Smartphones oder sogar als Ausweis für Online-Zahlungszwecke.
Die Fähigkeit, so detaillierte Bilder von Hautmustern zu machen, könnte auch eine Reihe von medizinischen Zwecken haben, sagt Goel. Es kann zum Beispiel verwendet werden, um die Wundheilung im Laufe der Zeit zu überwachen und feinkörnige Veränderungen zu erfassen, die das menschliche Auge nicht sehen kann.
HyperCam bietet auch Verbrauchern interessante Einsatzmöglichkeiten. Es kann leicht zwischen reifen und überreifen Früchten unterscheiden und unter der Oberfläche blaue Flecken auslösen, die die Textur einer Birne oder eines Apfels beschädigen. Je reifer die Frucht, desto dunkler erscheint sie auf einem HyperCam-Bild. Dies liegt daran, dass reifere Früchte weicher sind; Licht durchdringt die Frucht und wird nicht reflektiert.
Im Gegensatz zu den für industrielle Zwecke verwendeten Hyperspektralkameras, die Tausende von Dollar kosten können, kostet HyperCam nur etwa 800 US-Dollar. Und die Erfinder sagen, dass die Technologie für nur 50 US-Dollar in Mobiltelefone eingepflanzt werden könnte.
Die HyperCam-Technologie weist Einschränkungen auf. Es kann nicht bei hellem Tageslicht verwendet werden, da zu viel Licht seine Fähigkeiten zur Aufteilung des Spektrums überfordert. Selbst in einem sehr hell beleuchteten Lebensmittelgeschäft muss ein Benutzer möglicherweise eine HyperCam in der Nähe des Produkts halten - etwa einen Fuß -, um eine genaue Messung zu erhalten.
Die besten Pfirsiche auf dem Markt auswählen zu können, wäre zweifellos nützlich, doch die Erfinder von HyperCam sagen, dass es noch viel mehr Einsatzmöglichkeiten gibt. Und obwohl es keine unmittelbaren Pläne gibt, HyperCams in Mobiltelefone einzubauen, hoffen die Forscher, in naher Zukunft darauf hinzuarbeiten.
„Wir wollen mit [anderen] Wissenschaftlern zusammenarbeiten“, sagt Goel. "Die Idee ist, dass wir die Leute darüber informieren, wie sie diese Kamera herstellen, und sie dann für ihre eigenen Anwendungen generieren können."
