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18. Juni 2008
Unter der Lupe: So funktionieren Auge und Kamera
Die Bildverarbeitungssysteme von Mensch und Maschine
Als erster verglich der schwäbische Astronom und Mathematiker Johannes
Kepler (1571-1630) das menschliche Auge mit einer Kamera. Im Jahr 1604
formulierte er: „Das Sehen entsteht durch Bilder des Objekts, die sich auf der
weißen konkaven Oberfläche der Retina [Netzhaut] abbilden.“
Wie funktioniert das menschliche Auge? Sehen heißt, dass Lichtstrahlen, die ins
Auge fallen, lichtempfindliche Rezeptoren und dadurch Nerven anregen, Signale
ans Gehirn zu senden. Über Pupille und Linse gelangen die Lichtstrahlen ins
Auge. Die Linse ist neben der Hornhaut das zweite lichtbrechende, durchsichtige
Organ im Auge. Im Unterschied zu letzterer ist ihre Brechkraft aber variabel, so
dass nahe und ferne Gegenstände scharf auf der Netzhaut abgebildet werden
können. Die Netzhaut, die sich an der hinteren Innenseite des Auges befindet, ist
eine Schicht aus feinen lichtempfindlichen Rezeptoren und dünnen Nervenzellen.
Die Photorezeptoren reagieren auf das Licht und schicken Signale über die
dünnen Nervenfasern zum Sehnerv, der von der Rückwand des Auges in das
Gehirn führt. Bestimmte Teile des Gehirns empfangen und verarbeiten diese
Signale – in dem sie sie mit im Gehirn gespeicherten Bildern und Bildmustern
vergleichen und dabei laufend neue Bildmuster ablegen.
Elektronische Kameras wie die in den neuen Opel-Assistenzsystemen
eingesetzten Geräte arbeiten im Prinzip ganz ähnlich: Die Lichtstrahlen werden
vom Objektiv eingefangen und an den Linsen gebrochen. Danach treffen sie auf
einen Sensor, der analog zu den Photorezeptoren in der menschlichen Netzhaut
das Bild in elektronische Signale umwandelt. Ein A/D-Wandler codiert diese
General Motors Belgium N.V.
http://media.opel.be
General Motors Corporation
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Signale anschließend in binäre Daten. Diese werden mit hinterlegten Bildern
verglichen. Bei Übereinstimmung wird das passende Schild erkannt und ein im
Fahrzeugdisplay hinterlegtes Schild angezeigt. Die Erkennungshäufigkeit und
Genauigkeit hängt also wesentlich davon ab, wie viele Vergleichsbilder im
Speicher des Assistenzsystems abgelegt sind – und wie genau sich das Schild am
Straßenrand an die Vorgaben der Normierung durch die Wiener Konvention hält.