SWIR
Motivation
Auch mit einer Taschenlampe oder einem Suchscheinwerfer ist die Navigation durch dichten Rauch und Nebel schwierig, denn das Licht wird im sichtbaren Spektralbereich absorbiert, außerdem führen Rückstreuungen zu Überblendungen (s. Abb. 1 & Abb. 2). Zwar ist es aufgrund der geringeren Streuung von langwelligem Licht mit Wärmebildkameras möglich, durch Rauch und Nebel zu sehen, allerdings beeinträchtigt die Temperaturabhängigkeit des Bildes die Navigation. Dies stellt insbesondere ein Problem für Rettungskräfte (z.B. Feuerwehr), sowie für die Überwachung kritischer Infrastrukturen dar. Eine Lösung bietet der Einsatz von Wellenlägen im kurzwelligen Infrarot-Spektrum (Short-Wavelength InfraRed, SWIR), da hier eine erhöhte Rauch- und Nebeldurchdringung erzielt wird, während die thermische Abstrahlung von Objekten noch vergleichsweise gering ist und man ein näherungsweise optisches Bild anstelle von Hitzesignaturen erhält (s. Abb. 1).
Ziele und Vorgehen
Ziel des Projekts ist ein leichter kompakter und tragbarer Demonstrator, welcher eine Verbesserung der Orientierung für Einsatzkräfte in verrauchten oder vernebelten Innenräumen ermöglicht. Hierfür sollen aktive optische Techniken eingesetzt werden, unter anderem durch Verwendung von Leuchtquellen mit verschiedenen Wellenlängen innerhalb des SWIR Bereichs.
Zu diesem Zweck werden z.B. kompakte Scheinwerfermodule aus SWIR LED-Arrays entwickelt. In Simulationen, Labor- und Feldversuchen werden verschiedene Wellenlängen innerhalb des SWIR-Bereichs untersucht, um den (kosten)günstigsten Kompromiss zwischen Leistung, Transmission und Lichtstreuung zu finden.
Das besondere Augenmerk in diesem Projekt liegt auf dem Einsatz über kurze Entfernungen in verrauchten und vernebelten Innenräumen. Entsprechend wird der Bildwinkel des Empfängersystems, welches aus SWIR-Kamera und einem passenden Objektiv mit SWIR-Antireflexbeschichtung besteht, für nahe Entfernungen ausgelegt. Der Abstrahlwinkel der Leuchtquelle soll passend zum Empfängersystem gewählt werden, so dass die aufgenommene Szene vollständig beleuchtet wird.
Innovationen und Perspektiven
Um Rettungskräfte optimal unterstützen zu können, wird beim Demonstrator (s. Abb. 3) auf Portabilität geachtet. Dies geschieht durch Haltegriffe am kompakten Gehäuse, einen optionalen Batteriebetrieb und einem Touchscreen, welcher ins Gehäuse eingelassen ist. Durch eine Kooperation mit Einsatzkräften der Feuerwehr soll dieses Gerät hinsichtlich einfacher Handhabung weiter optimiert werden.
Die Erforschung verschiedener Wellenlängen für verbesserte Rauch- und Nebeldurchdringung soll zukünftig durch die zusätzliche Unterdrückung des Rückstreusignales durch den Einsatz polarisierter Strahlung erweitert werden.
Projektlaufzeit: 01.10.2019 - 31.12.2023
Publikationen
M. Mischung, J. Schmidt, E. Peters, M. Berger, M. Anders, M. Stephan, "Development and characterisation of a portable, active short-wave infrared camera system for vision enhancement through smoke and fog," Proc. SPIE 12271, Electro-optical and Infrared Systems: Technology and Applications XIX, 122710M (2 November 2022); https://doi.org/10.1117/12.2636216