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Forum: Offtopic One pixel camera


Autor: Peter X. (vielfrass)
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Autor: mr.chip (Gast)
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Sehe den Sinn irgendwie nicht so richtig, zumal ein 
Multi(mega)-Pixel-Sensor heute ja wirklich nix mehr kostet. Im Gegensatz 
dazu benötigt die 1-Pixel-Kamer sogar noch zusätzliche Bauteile wie 
einen leistungsfähigen DSP und diese Pixel-Matrix.

Interessant könnte es höchstens dann sein, wenn man durch geschickte 
Wahl der Schwarz-Weiss-Pixelmatrix eine enorme Kompressionsrate 
hinkriegt. Wobei ich zu bezweifeln wage, dass dies schneller wäre als 
die normale Kompression einer Bitmap. Besonders die Belichtungszeit 
dürfte deutlich höher liegen, da man ja verschiedene Matrizen 
durcharbeiten muss.

Autor: Zed (Gast)
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> Sehe den Sinn irgendwie nicht so richtig, zumal ein
> Multi(mega)-Pixel-Sensor heute ja wirklich nix mehr kostet.


Wärmebildkamera

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Scheint ganz interessant zu sein das Thema. Ich denke das hat Zukunft. 
Delta-Sigma Wandler haben ja eigentlich ein ähnliches Prinzip: wenig 
Auflösung und Oversampling ergeben eine hohe Auflösung bei geringer 
Samplerate.

Autor: mr.chip (Gast)
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> Wärmebildkamera

Das wäre ne interessante Möglichkeit. Einfach mal so dahergefragt: Wäre 
das mit Hobbymitteln realisierbar?

Optik: ?
Schwarz-Weiss-Matrix: Durchsichtiges LCD?
Sensor: ?
Verarbeitung: dürfte mit vertretbarer Geschwindigkeit auf dem PC oder 
einem durchschnittlichen Mikrocontroller laufen, so lange man keine 
Bilder von Bewegungen aufnehmen will.

Autor: Timbo (Gast)
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Nein

Autor: mr.chip (Gast)
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> Nein

Woran würde es denn konkret scheitern?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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mr.chip wrote:

> Woran würde es denn konkret scheitern?

- Hast du ein schaltbares Spiegelarray für Wärmestrahlen?
- Hast du einen schnellen Wärmebildsensor?
- Weißt du wie der Algorithmus funktionier?

Autor: mr.chip (Gast)
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> - Hast du ein schaltbares Linsenarray für Wärmestrahlen?

Nahes Infrarot sollte man mit normalen optischen Elementen in den Griff 
kriegen. Das "Linsenarray" bzw. die Schaltmatrix (die Linsen haben 
direkt nichts damit zu tun, sondern sorgen lediglich für die richtige 
Projektion auf das Array und danach auf den Sensor) liesse sich im 
schlimmsten Fall sogar mechanisch realisieren. Ich habe gewisse 
Hoffnungen, dass man es auch mit einem durchsichtigen LCD machen könnte.


> - Hast du einen schnellen Wärmebildsensor?

Man müsste sehen, was sich hier eignet. Jednefalls braucht man keinen 
Bildsensor sondern lediglich einen Sensor, der einen Wert an einem 
Punkt messen kann.


> - Weißt du wie der Algorithmus funktionier?

Ja, die Grundidee des Algorithmus ist eigentlich trivial.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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mr.chip wrote:
> Ich habe gewisse
> Hoffnungen, dass man es auch mit einem durchsichtigen LCD machen könnte.

Das bezweifle ich: Ich habe mal gehört, dass elektrisch leitfähig auch 
Wärmestrahlung reflektierend bedeutet. Keine Ahnung ob man das so stark 
verallgemeinern darf, aber ich denke eher nicht, dass ein LCD im Bereich 
von einigen µm so gut durchlässig ist.

> Man müsste sehen, was sich hier eignet. Jednefalls braucht man keinen
> Bildsensor sondern lediglich einen Sensor, der einen Wert an einem
> Punkt messen kann.

Ja, aber genau diesen zu bekommen dürfte nicht einfach sein. Ein 
normaler Thermopilesensor hat Tiefpasscharackteristik mit einer 
Grenzfrequenz von vielleicht 10Hz.

Autor: mr.chip (Gast)
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> Das bezweifle ich: Ich habe mal gehört, dass elektrisch leitfähig auch
> Wärmestrahlung reflektierend bedeutet.

Elektrisch leitfähig bedeutet in der Tat, dass überhaupt keine 
elektromagnetische Strahlung durchkommt. Also auch kein Licht.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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mr.chip wrote:
> Elektrisch leitfähig bedeutet in der Tat, dass überhaupt keine
> elektromagnetische Strahlung durchkommt. Also auch kein Licht.

Das stimmt so aber nicht. Ich sag nur ITO:
http://de.wikipedia.org/wiki/Indiumzinnoxid

Da wird nämlich in den LCDs als Elektroden verwendet.

Autor: mr.chip (Gast)
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> Das stimmt so aber nicht. Ich sag nur ITO:
> http://de.wikipedia.org/wiki/Indiumzinnoxid


Indiumzinnoxid ist ein Halbleiter, kein Leiter. Das ist ein ganz 
wesentlicher Unterschied, die leiten nicht einfach nur "halb", sondern 
haben ganz andere physikalische Eigenschaften.

Wenn man quantenmechanisch argumentiert, dann leiten Leiter nicht, weil 
jedes Photon ein Elektron finden wird, das es anschubsen kann und so 
seine Energie verliert. In einem Halbleiter können die Elektronen nur 
zwischen zwei diskreten Energielevels transportiert werden, die meisten 
Photonen haben aber nicht die passende Energie und können so nicht 
interagieren.

Argumentiert man eher von den Maxwell-Gleichungen her so gilt, dass in 
einem Leiter kein E-Feld existieren kann, weil sämtliche E-Felder sofort 
durch extrem hohe Ströme kompensiert werden. Und ohne E-Feld gibt's 
nunmal kein Licht.

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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mr.chip wrote:
>> Das stimmt so aber nicht. Ich sag nur ITO:
>> http://de.wikipedia.org/wiki/Indiumzinnoxid
>
>
> Indiumzinnoxid ist ein Halbleiter, kein Leiter.

Das habe ich auch nie behauptet, nur dass es leitfähig ist, und daher 
Wärmestrahlen reflektiert.

Autor: mr.chip (Gast)
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> Elektrisch leitfähig bedeutet in der Tat, dass überhaupt keine
> elektromagnetische Strahlung durchkommt. Also auch kein Licht.

Elektrisch leitfähig -> kein Licht kommt durch, d.h., (fast) alles wird 
reflektiert.


> Das stimmt so aber nicht. Ich sag nur ITO:
> http://de.wikipedia.org/wiki/Indiumzinnoxid

Stimmt also nicht?


> Das habe ich auch nie behauptet, nur dass es leitfähig ist, und daher
> Wärmestrahlen reflektiert.

Was jetzt?!?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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mr.chip wrote:
> Was jetzt?!?

Habe ich doch gesagt!
ITO: Elektrisch leitfähig, daher wird IR blockiert (ab etwa 800nm 
aufwärts), aber transparent im sichtbaren Bereich.
Da ITO auf LCDs: Für Wärmestrahlung nicht durchlässig. Deine Idee mit 
dem LCD  funktioniert also nicht.

Autor: I_ H. (i_h)
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Leitfähigkeit und Leiter sind 2 völlig verschiedene Dinge. Leitfähig ist 
auch Wasser, wenn ich vorher etwas Salz reinkippe. Nach üblichen 
Erfahrungswerten zu urteilen ist Wasser auch durchsichtig.

Ganz am Anfang war von Leitfähig die Rede, und das ist so sicher nicht 
richtig.

Autor: patient (Gast)
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@ mr. chip

> Ja, die Grundidee des Algorithmus ist eigentlich trivial.

was ist mit "random patterns" gemeint ?
makrosequenzen, die zufällig hintereinanderfolgen,
oder tatsächlich einzelne, unabhängige, zufällige muster ?

woher kennnst du den algo ?

Autor: mr.chip (Gast)
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> woher kennnst du den algo ?

Die Idee ist die folgende: Man misst die Helligkeit der verschiedenen 
Muster. Jedes Muster ergibt eine lineare Gleichung mit "Summe der 
nicht-geschwärzten Pixel = gemessene Helligkeit". Wenn man genügend 
Messungen vornimmt, kann man diese Gleichung lösen und die Helligkeit 
jeden Pixels berechnen. Im trivialen Fall schwärzt man zu diesem Zweck 
immer alle Pixel ausser eines, dann hat man schon dessen Helligkeit. Man 
kann nun geschicktere Muster wählen, so dass man mit weniger Abtastungen 
doch gute Resultate erzielt. Natürlich ist es nicht ganz trivial, 
wirklich geschickte Muster und eine intelligente Verarbeitung zu wählen, 
aber die ganze Theorie über die numerische Verarbeitung von linearen 
Gleichungssystem hat da einige Möglichkeiten auf Lager.

Autor: Timbo (Gast)
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Leute eure Diskussion hat etwas Erbärmliches. Erstens: wenn ihr irgendwo 
mit Glas rummacht ist mit Wärmestrahlung ohnehin Schluss. Zudem haben 
wir keinen schnellen Sensor der wärmesensitiv wäre.
Der Algorithmus ist tasächlich trivial. Das ist einfach Reverse 
Correlation oder Spike triggered average wie man in der Neurobio sagen 
würde. Denn so zufällig sich die Muster nicht wie sie vorgeben. Übrigens 
wird das ganze auch auf einem DSP nicht so schnell laufen, der kann auch 
nicht schneller addieren als ein fixer PC.
Was tatsächlich geht, ist ein normales LCD mit Punktmatrix zu nehmen und 
im sichtbaren Spektrum aufzunehmen. Was ich aber nicht verstehe, ist, 
wie sie eine höhere Auflösung als die Spiegelmatrix erreichen wollen...

Autor: Dr.Seltsam (Gast)
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Ich behaupte: Eine einfache Thermografiekamera ist mit Hobymitteln 
realisierbar.

Man braucht im Grunde genommen vier Dinge:
- einen IR-Empfänger, der zumindest in ungekühlter Form mittlerweile 
allgemein verfügbar sein müsste - man denke z.B. an PIR-Bewegungsmelder
- eine Scanner-Einrichtung: früher war dies die einzige Möglichkeit, 
überhaupt hochauflösende IR-Kameras zu realisieren. Damals arbeitete man 
mit rotierenden Prismen oder Schwingspiegeln.
- ein Objektiv
- Elektronik zur Scanneransteuerung, Signalverarbeitung und Bildausgabe

Das Hauptproblem: Für den thermisch interessanten Teil des IR gibt es 
keinen billigen "Gläser", die meisten aktuellen optischen Systeme 
arbeiten mit Silizium, Germanium, Saphir oder Zink-Selenid. Selbst wenn 
man einen brauchbaren Spiegel-Scanner hat (in der CO2-Lasertechnik ist 
z.B. poliertes Kupfer recht verbreitet), braucht man immer noch das 
Objektiv. Da transmissive Elemente wieder nicht in Frage kommen bleibt 
auch hier nur der Weg über Spiegel - Lösungen dafür gibt es (z.B. 
Cassegrain), man muss eben nur einen schönen großen Parabolspiegel 
herstellen können...

Das letzte Problem ist die Kalibrierung, wenn man wirklich messen will 
und nicht nur schöne Bilder im dunkeln machen will. Aber ein 
Schwarzkörperstrahler zu bauen und mit einem Temperatursensor 
auszustatten, sollte im ganzen einfacher als die Kamera sein...

Insgesamt würde ich sagen: Aufwändig aber machbar! Und mit sicherheit 
billiger als die billigste kommerzielle ungekühlte Thermografiekamera 
(z.B. 
http://www.pce-group-europe.com/deutsch/product_in...), 
wenn man die Zeit nicht einrechnet ;)


Gruß
Dr.Seltsam

Autor: Timbo (Gast)
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Äh, darum geht es hier aber gar nicht. Sowas wurde beim Roboternetz 
schon mal mit ner Erdnussdose gemacht. Das hier ist komplett anders, 
hier geht es um ein Array aus Spiegeln was die Aufnamhe direkt an 
bestimmte Basisfunktionen eines Kompressionsalgorithmus koppelt. Klar, 
einen Spiegelscanner gibt es schon lange. Aber auch da das Problem: 
Sensoren zu langsam! PIR Melder? Äh, der misst aber nicht die IR 
Strahlung sondern die erste Ableitung nach der Zeit selbiger. Wie 
willste damit denn ne Thermocam bauen?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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Timbo wrote:
> PIR Melder? Äh, der misst aber nicht die IR
> Strahlung sondern die erste Ableitung nach der Zeit selbiger.

Nein, der Sensor misst die Differenz zwischen linken und rechter Hälfte 
der Sensorfläche. Aber es gibt ja auch Thermopilesensor, die messen die 
Differenz zwischen Sensortemperatur und einfallender Wärmestrahlung.

Autor: Timbo (Gast)
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Oh Mist, Du hast recht

Autor: mr.chip (Gast)
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> Leute eure Diskussion hat etwas Erbärmliches. Erstens: wenn ihr irgendwo
> mit Glas rummacht ist mit Wärmestrahlung ohnehin Schluss. Zudem haben
> wir keinen schnellen Sensor der wärmesensitiv wäre.

Also, wenn wir von nahem Infrarot reden, dann können wir das sicher mit 
optischen Elementen behandeln. Die Frage ist nun (und das weiss ich 
ehrlich gesagt wirklich nicht) wie lange ist die typische 
Wärmestrahlung?

Autor: Benedikt K. (benedikt) (Moderator)
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mr.chip wrote:
> Die Frage ist nun (und das weiss ich
> ehrlich gesagt wirklich nicht) wie lange ist die typische
> Wärmestrahlung?

Die Wärmestrahlung liegt im Bereich 2-12µm.

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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> Ja, die Grundidee des Algorithmus ist eigentlich trivial.

Computertomographen machen das sogar räumlich...

Autor: Timbo (Gast)
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> wenn wir von nahem Infrarot reden, dann können wir das sicher mit
> optischen Elementen behandeln

Ja, dann können wir aber auch einfach aus einer Webcam den IR Filter 
ausbauen und sparen uns ne Menge Arbeit.

Autor: Unbekannter (Gast)
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> Übrigens wird das ganze auch auf einem DSP nicht so schnell
> laufen, der kann auch nicht schneller addieren als ein fixer PC.

Oh doch. So ein DSP rechnet deutlich schneller als so ein oller PC!

Autor: I_ H. (i_h)
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Nie und nimmer. DSPs haben gegen ausgewachsene x86er nicht den Hauch 
einer Chance.

Autor: Zed (Gast)
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... da die ja auch viele DSP Funktionen in MMX, SSE und Konsorten schon 
integriert haben... plus hochgetakteten und gepipelineten Kern mit viel 
Cache ;)

Autor: I_ H. (i_h)
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Hängt in gewisser Weise natürlich von der Definition "DSP" ab. Wenn man 
GPUs als DSP definiert, sieht das schon anders aus. Aber so ganz im 
Sinne des Erfinders ist das nicht.

Autor: Rudi (Gast)
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Hat da wer die gute alte Nipkovscheibe wieder neu entdeckt?

Autor: Timbo (Gast)
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Das hat mit der Nipowscheibe recht wenig gemeinsam bis auf den einen 
Fotodetektor.

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