Charakterisierung von Oberflächen

10.03.2016 - Meike Klinck

3d Was die profane Raufasertapete mit ausgeklügelten Funksystemen verbindet, weiß Jan Barowski vom Lehrstuhl für Hochfrequenzsysteme. Im Interview berichtet er, wie sich Radargeräte zur dreidimensionalen Bildgebung einsetzen lassen. weiterlesen

Herr Barowski, Sie untersuchen zurzeit, wie sich Radargeräte zur dreidimensionalen Bildgebung einsetzen lassen. Wie funktioniert das genau?

„Das kann man sich in etwa wie eine Fotokamera mit nur einem Bildpunkt vorstellen. Daher ist es zunächst nicht ganz einfach, ein ‚Radar-Foto’ zu erzeugen, das eine ähnlich gute Auflösung wie ein normales Bild hat. Um ein vollständiges Bild zu erfassen, benutzt eine normale Kamera einen Sensor mit einem Array - also eine Fläche - voller Bildpunkte, was wir beim Radar mit einer mechanischen Bewegung nachstellen müssen. Das heißt, wir bewegen unseren 1-Pixel-Sensor über das abzubildende Objekt oder umgekehrt. Das Radar hat den Vorteil, dass wir unterscheiden können, aus welcher Entfernung unterschiedliche Signalanteile empfangen werden. An jeder Messposition nehmen wir also eine ganze Linie auf, die senkrecht auf der Bewegungsebene steht, so erhält man ein dreidimensionales Bild.“

Gibt es weitere Unterschiede zu anderen bildgebenden Verfahren?

„Man muss gezielt durch eine Linse fokussieren, um wie mit einer konventionellen Kamera Bildschärfe zu erreichen. Das hat den Nachteil, dass nur eine gewünschte Ebene scharf ist, davor oder dahinter wird das Bild wieder unscharf. Mit dem Radarsystem können wir diesen Schritt am Computer berechnen und so das Bild in jeder Ebene fokussieren. Zusätzlich hat das Radarsystem den Vorteil, dass wir die genaue Position aller dreidimensionalen Bildpunkte kennen und auch hinterher noch sagen können, wie weit ein Objekt vom Messgerät entfernt war. Außerdem können wir in viele Objekte hineinschauen, die für Licht nicht durchlässig sind, dafür aber für die von uns verwendeten Signale.“

Wo könnte sich diese Form der Bildgebung ganz praktisch einsetzen lassen?

„Wir stellen uns zum Beispiel die Charakterisierung von Oberflächen aller Arten vor. Das kann man zwar auch mit Lasersystemen machen, die haben aber den Nachteil, dass sie keine Aussage über das Innenleben von geschichteten Strukturen machen können. Solche Strukturen haben wir zum Beispiel in jeder Wand eines Wohnraums. Auf der Oberfläche sieht man nur die Tapete. Vielleicht ist es aber auch interessant zu wissen, wie viel Putz darunter ist, wo Kabel verlaufen oder wo die Träger einer Gipskarton-Wand sind. Das klingt zunächst vielleicht nicht sehr wissenschaftlich, aber gerade diese Informationen über Struktur, Material und Rauigkeit sind unter anderem für Funkkanalmodelle interessant. Wenn es darum geht, Kommunikationssysteme der nächsten (5.) Generation zu entwickeln, muss man eine Vorstellung von dem Übertragungsverhalten der Funkwellen haben. Zum Beispiel um zu wissen, wie ein Signal an einer Wand reflektiert wird. Dafür entwerfen Wissenschaftler Modelle, die auch auf solchen, ganz alltäglichen Informationen beruhen.“

Ihre Methode funktioniert, wie soll es jetzt weitergehen?
Was sind Ihre Pläne für die nächsten Monate?

„Im Moment dauert es noch sehr lange, bis wir eine Oberfläche erfasst haben. Das liegt daran, dass wir für jede Messung das System ungefähr einen Millimeter verschieben müssen. Soll eine größere Fläche so abgetastet werden, dauert es ungefähr einen halben Tag. Daher arbeiten wir im Moment in erster Linie daran, das Verfahren deutlich zu beschleunigen. Hierfür wollen wir mehrere Radargeräte gleichzeitig verwenden, um unsere aktuelle Position zu bestimmen und so eine kontinuierliche Bewegung zu ermöglichen. Die anschließende Signalverarbeitung funktioniert bereits relativ schnell, da wir auf parallele Datenverarbeitung unter Verwendung von Grafikkarten setzen.“

Herr Barowski, vielen Dank für das Gespräch!

Das Interview führte Meike Klinck mit Jan Barowski im März 2016

Im Bereich Radarsensorik arbeiten die Forscherinnen und Forscher vom Lehrstuhl für Hochfrequenzsysteme um Prof. Ilona Rolfes eng mit Prof. Nils Pohl und Prof. Thomas Musch zusammen. Die Arbeitsgruppe für Integrierte Hochfrequenzschaltungen entwirft in Zusammenarbeit mit dem Fraunhofer Institut für Hochfrequenzphysik und Radartechnik die Radarsysteme, welche das hochfrequente Signal erzeugen. Der Lehrstuhl für elektronische Schaltungstechnik entwickelt die hochstabilen Referenzsignale.


Weitere Informationen
Jan Barowski, jan.barowski@rub.de

Tags: Bildgebung, Hochfrequenzsysteme, Jan Barowski, radar