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Bildgebende Verfahren

Bildgebende Verfahren

Bildgebende Verfahren für den Unterwassereinsatz

Wie Partikel und Objekte in Flüssigkeiten verteilt sind, ist für viele wissenschaftliche Fragestellungen und Anwendungen von Bedeutung. Beispiele hierfür sind:

  • Die räumliche Verteilung kleinster Organismen in der Wassersäule und deren Bezug zu hydrographischen Gegebenheiten beeinflusst wichtige biologische Prozesse.
  • Die transportierte Menge und Beschaffenheit von Sedimentpartikeln sind für die Küstenforschung interessant.
  • Fein verteilte Kunststoffteilchen können von Organismen aufgenommen werden.
  • Bei technischen Prozessen können Objekte in einer Flüssigkeit auf Störfälle hinweisen.

Wenn die transportierende Flüssigkeit ausreichend klar ist, lassen sich die entsprechenden Objekte mit bildgebenden Verfahren darstellen. Einem einzelnen Bild können dabei viele technische Parameter und Umweltdaten ortsaufgelöst zugeordnet werden. Eine klassische Beprobung mit Netzen, Sieben oder Filtern hingegen integriert immer über einen Teil des Flüssigkeitskörpers.

Aufgaben
Im Forschungsschwerpunkt Bildgebende Verfahren entwickeln die Wissenschaftler abbildende Systeme, die unterschiedlich stark vergrößern. Ein Fokus ist, frei im Wasser schwebende Objekte zu detektieren, die kleiner als zwei Millimeter sind (z.B. viele der Plankter, die auf dieser Seite dargestellt sind).

Um eine gute Bildaufnahme bei starken Vergrößerungen zu gewährleisten, darf keine Bewegungsunschärfe auftreten. Ein bewegter Wasserkörper wird daher nur kurz belichtet aber stark beleuchtet. Hierfür entwickeln die Mitarbeiter spezielle optische Ansätze und Belichtungseinheiten und setzen diese in seegehenden Expeditionen ein. Die erfassten Partikel werden ortsaufgelöst visualisiert und mit weiteren Sensorwerten korreliert.

Ein weiterer Schwerpunkt der Forschung liegt auf dem maschinellen Sehen: Numerische Bildbeschreibungen ermöglichen es, Objekte zu erkennen und zu unterscheiden. Dabei werden Methoden der Bildverarbeitung mit Verfahren der multivariaten Statistik gekoppelt.

Werkzeuge
Die Wissenschaftler nutzen überwiegend Industriekameras mit Gigabit-Ethernet Schnittstelle. Die Bilder werden mit Datenerfassungssystemen aufgezeichnet, die sich entweder an Bord eines Forschungsschiffes befinden oder in einem druckfesten Gehäuse ins Wasser gelassen werden.

Als Lichtquellen dienen Einheiten von lichtemittierenden Dioden (LED) im Blitzmodus. Diese Arrays werden je nach Anwendung unterschiedlich angeordnet, mit Linsen versehen oder in komplexe Reflektorsysteme eingebunden. Die Wissenschaftler nutzen auch Laser, zum Beispiel wenn monochromatisches Licht erforderlich ist, Fluoreszenz-Eigenschaften visualisiert oder dünne Schichten beleuchtet werden. Je nach Anforderung werden unterschiedliche Technologien kombiniert und durch zusätzliche Sensoren ergänzt

ICBM-Webmaster (Stand: 10.09.2018)