Diagnose, Bild: Fotolia - Tilialucida

Hochauflösende Fotosensorik bildet die Grundlage für eine gute Diagnose. Bild: Fotolia - Tilialucida

Seit jeher erfassen Menschen die Welt optisch. Das bewährte Instrument dafür, das Auge, ist perfekt angepasst, um bei den verschiedensten Lichtverhältnissen die Umgebung zu erkennen. Gerade deswegen ist es aber nur schlecht geeignet, um absolute Helligkeitswerte zu messen, wie es beispielsweise bei Teststreifen in der medizinischen Diagnostik notwendig ist. Verschiedene Technologien wurden daher bis heute entwickelt, um dem Menschen diese Aufgabe abzunehmen beziehungsweise diese zu automatisieren.

Grundlage für Bildsensoren sind lichtempfindliche Halbleiter. In der Praxis messen sie in optischen Anwendungen Helligkeitswerte schnell, zuverlässig und ermöglichen damit Bilderkennungsalgorithmen reproduzierbare Ergebnisse. Typische Anwendungen finden sich neben Überwachungskameras, maschinellem Sehen und Gaming auch im Automotivebereich und der Medizintechnik.

So können mit bildgebenden Verfahren beispielsweise Strukturen erkannt, Verkehrsschilder und andere Verkehrsteilnehmer erfasst, Konzentrationen bestimmt oder Barcodes identifiziert werden. Diese Automatisierung verringert einerseits die Gefahr menschlicher Fehler, andererseits hilft sie, den Arbeitsaufwand zu reduzieren.

Anforderungen im Auto und in der Medizin

Das selbstfahrende Auto, Bild: Fotolia - RioPatuca Image
Das selbstfahrende Auto soll seine Umgebung unter anderem mit optischen Sensoren erfassen. Bild: Fotolia - RioPatuca Images

Im Automobilbereich sollen selbstfahrende Autos ihre Umgebung unter anderem mit optischen Sensoren erfassen. Diese müssen nicht nur leistungsfähig, robust und langlebig, sondern auch für eventuelle Reparaturen und beispielsweise Softwareoptimierungen über viele Jahre verfügbar sein. Auch im medizinischen Bereich ist die lange Verfügbarkeit und Lebensdauer wichtig. Jedes Gerät erhält hier einzeln die Zulassung, die erlischt, sobald eine Komponente verändert wird. Ein typischer Entwicklungszyklus dauert etwa fünf Jahre – jedes Bauteil sollte also viele Jahre zuverlässig funktionieren und so lange wie möglich, mindestens jedoch bis zur Zulassung des Nachfolgemodells, lieferbar sein. Wie im automobilen Bereich basieren auch hier viele Messungen auf optischen Methoden, häufig auf der Transmission oder Reflexion einer Probe oder eines Teststreifens unter definierten Lichtbedingungen.

Fehler vermeiden, Material und Zeit sparen

CMOS-Fotosensor MT9V024, Framos
Der rauscharme CMOS-Fotosensor MT9V024 liefert bei 752 × 480 Pixeln 60 Bilder pro Sekunde und ist auch im nahen Infrarot empfindlich. Bild: Framos

Die Fotosensorik hat neben der eigentlichen Messung weitere Vorteile in der Anwendung. So kann sie ebenfalls genutzt werden, um Fehler bei der Verarbeitung einer medizinischen Probe zu vermeiden. Sie ermöglicht, mit QR- oder Barcodes markierte Proben eindeutig zu identifizieren und so dem richtigen Patienten zuzuordnen. Auch Anwenderfehler kann sie teilweise ausgleichen. Wenn beispielsweise ein Teststreifen nicht vollständig mit der zu prüfenden Flüssigkeit benetzt wurde, kann das ausgeglichen werden. Falls der benetzte Teil groß genug ist, wird nur die Information dieses „guten“ Teilbilds verwendet.

Falls die Fläche nicht für eine sinnvolle Messung ausreicht, wird eine Fehlermeldung ausgegeben statt eines ungültigen Ergebnisses. Die Bilderkennung spart so Zeit und Probenmaterial, was direkt auch dem Patienten und dem Arzt zugutekommt. Sie ersetzt das manuelle optische Ablesen und macht die Messung einfacher bedienbar, genauer und zuverlässiger, denn diese sind nun reproduzierbar und nicht mehr von der Tagesform des Benutzers oder den Lichtbedingungen zu verschiedenen Tageszeiten abhängig. Letztendlich wird die Diagnose schneller gestellt, die Behandlung kann früher beginnen und ist zielführender.