Der Herbst ist da. Und mit ihm Regen, Nebel und die früh einsetzende Dunkelheit. Im Straßenverkehr erfordert das erhöhte Aufmerksamkeit, denn die Sicherverhältnisse verschlechtern sich zunehmend. Wärmebildkameras, die Menschen auch bei schlechten oder eingeschränkten Sichtverhältnissen zuverlässig erkennen, können hier für mehr Sicherheit sorgen. Das gilt besonders für autonome Fahrzeuge, bei denen eventuell gar kein Mensch mehr konstant den Fahrtweg beobachtet.

Ein Team vom Fraunhofer IOF hat es sich daher zur Aufgabe gemacht, eine Wärmebildkamera für den Einsatz im Straßenverkehr zu entwickeln. Daraus ist eine neuartige Infrarotkamera entstanden, die im Wellenlängenbereich von 8 bis 14 Mikrometern arbeitet – also genau dem Bereich, in dem auch die Wärmestrahlung liegt, die Menschen bei Tag und Nacht abgeben. Zusätzlich ist es den Forschenden gelungen, die Technologie besonders kostengünstig und trotzdem leistungsfähig zu realisieren.

»Diese Technologie kann die Sicherheit im Straßenverkehr signifikant erhöhen und  Unfälle vermeiden«, erklärt Projektleiter Martin Hubold vom Fraunhofer IOF. »Das schafft sie, indem sie gängige Kamerasysteme und Sensoren, z.B. LIDAR oder RADAR, bei schwierigen Sichtbedingungen ergänzt, ohne eine aktive Beleuchtung zu benötigen.«

Flache Bauform bei hoher Lichtstärke und Winkelauflösung

Bei der Umsetzung der neuartigen Infrarotkamera ließen sich die Forschenden von ihren Erfahrungen mit Multiaperturkameras leiten. »Die Kernidee besteht darin, die Kamera aus mehreren kleinen und kostengünstigen Bolometerarrays aufzubauen«, sagt Hubold. Die einzelnen Bildbereiche werden durch eine Software zu einem großen Gesamtbild mit einer Auflösung von aktuell ca. 530 x 210 Pixeln über ein Gesichtsfeld von 34 x 13 Grad zusammengesetzt.

Auf den Sensoren sitzt eine katadioptrische, also aus Spiegeln und Prismen zusammengesetzte, Optik. Sie ermöglicht eine mit gerade mal 10 Millimetern besonders flache Bauweise. Zu ihrer Herstellung wurden in Kooperation mit dem Fraunhofer-Institut für Siliziumtechnologie ISIT in Itzehoe skalierbare und kostengünstige lithografische Methoden sowie im Automotive-Bereich etablierte Materialien genutzt. So kann die Kamera mit hoher Lichtstärke (F/1,1) und Winkelauflösung (16 Pixel/Grad) punkten, während gleichzeitig die Bauform platzsparend gehalten wird.

Dank ihres horizontal weitreichenden Gesichtsfeldes ist die Kamera besonders gut für die Erkennung von Menschen, etwa am Straßenrand oder auf Fahrradwegen, geeignet. Die Technologie adressiert damit Fahrerassistenzsysteme und autonome Fahrzeuge (Level 3 und höher) gleichermaßen.

Skalierbare Herstellung ermöglicht vielfältige Anwendungen

Der neuartige Ansatz der Kamera nutzt einerseits kommerziell verfügbare Infrarot-Sensoren, andererseits eine Optik, die im Wafermaßstab hergestellt werden kann. »Mit der Waferlevel-Herstellung der Kamera können wir die Produktion vereinfachen und die Herstellkosten deutlich senken«, betont Hubold.

Neben dem Einsatz in autonomen Fahrzeugen bietet die Infrarotkamera deshalb auch für andere Anwendungen vielfältige Möglichkeiten. Dazu gehören die Detektion von Wärmeverlusten, Sicherheitsanwendungen bei der Kontrolle von z.B. Deponien oder bei Feuerwehreinsätzen sowie neue Konzepte in der Überwachung industrieller Prozesse.

Präsentation auf der IZB Wolfsburg 2024

Die neue Infrarotkamera des Fraunhofer IOF wird vom 22. bis 24. Oktober 2024 auf der IZB Wolfsburg in Halle 2 am Stand 2201 zu sehen sein. Auf der Messe wird auch gezeigt, wie sich Infrarotbilder mit denen einer visuellen Kamera fusionieren lassen, um sicherheitsrelevante Situationen besser bewerten zu können.