Thermische 3D-Sensorik: Simulation- und Validierung messtechnischer Grenzen

• Antragsteller: Professor Dr. Gunther Notni
• Fachliche Zuordnung: Messsysteme ; Optik, Quantenoptik und Physik der Atome, Moleküle und Plasmen
• Förderung: Förderung seit 2026
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 573664695

Die etablierte optische dreidimensionale Oberflächenerfassung stößt bei transparenten, transluzenten, glänzenden und schwarzen Objekten an ihre Grenzen. Um dieses messtechnische Problem zu lösen, wurde vom Antragsteller ein aktives thermisches 3D-Messverfahren entwickelt, das auf der Musterprojektion im thermischen Infrarot und der anschließenden Stereokameraaufnahme von Wärmemustern basiert. Dieses innovative Messprinzip ermöglicht eine neue Klasse an 3D-Sensoren für nahezu alle Arten von Objekten mit sowohl nicht-kooperativen als auch kooperativen Oberflächen. Versuche mit ersten Laboraufbauten lassen ein enormes Potenzial dieses messtechnischen Ansatzes erkennen. Um die Möglichkeiten und messtechnischen Grenzen zu evaluieren, wird im Rahmen dieses Antrags ein umfassendes Simulationsmodell hinsichtlich der Messobjekte (z. B. heterogene Materialien oder strukturierte, komplexere Geometrien), des Projektionsverfahrens (z. B. verschiedene Scanalgorithmen oder Projektionsmuster) sowie der verwendeten Komponenten (z. B. Strahlenquellen oder Kameras) entwickelt und für umfassende Untersuchungen genutzt. Auf diese Weise werden Möglichkeiten für Verbesserungen hinsichtlich der Robustheit des Verfahrens, der Messzeit, der Qualität der 3D-Daten (Struktur- und Formauflösung) sowie der Vereinfachung der Sensortechnik und der Hardwarekostenreduktion identifiziert und analysiert. Weil dabei eine Vielzahl fundamental neuer Konzepte zu untersuchen ist, deren experimentelle Umsetzung zu kostspielig und zeit- bzw. arbeitsintensiv wäre, ist das angestrebte umfassende Simulationsmodell unverzichtbar. Es verspricht eine schnelle und fundierte Bewertung verschiedenster Ansätze, beispielsweise zur 3D-Messung hochdynamischer Szenen mittels Single-Shot-Infrarot-Projektion, zur Kostenreduktion durch Verzicht auf eine Kamera oder zur gleichzeitigen Bestimmung von Oberflächenform und Materialdicke. Zudem erlaubt es virtuelle Untersuchungen zur Probenunversehrtheit, um so die Akzeptanz thermischer 3D-Messverfahren z. B. für kulturhistorische Objekte oder in der Medizintechnik zu erhöhen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen