Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT: Hochaufgelöste 3D-Bildgebung auf kurze Distanzen

3D-Rekonstruktion eines Messobjekts. Foto: Fraunhofer IBMT

3D-Rekonstruktion eines Messobjekts. Foto: Fraunhofer IBMT

Die 3D-Sonar-Systeme des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik IBMT sollen die Vermessung von Seeböden effizienter und präziser machen. Die Sonar-Technologie – die Untersuchung von Strukturen unter Wasser mit Hilfe von Schallsignalen – wird bereits seit vielen Jahren bei der Vermessung von Seeböden, in der Fischerei oder auch bei der Suche nach versunkenen Objekten am Meeresboden angewandt. Die hierfür verwendeten Systeme sind meist für große Messdistanzen ausgelegt und erreichen in der Regel eine relativ grobe räumliche Auflösung. Viele Anwendungen im Unterwasserbereich benötigen eine hochaufgelöste Umgebungsvisualisierung auf kurze Distanz. Oft werden hierzu optische Kamerasysteme eingesetzt. Diese sind jedoch bei starker Wassertrübung zumeist unbrauchbar, weshalb Einsätze oftmals abgebrochen werden müssen. Mit Hilfe neuartiger 3D-Sonar-Systeme vom Fraunhofer-Institut für Biomedizinische Technik IBMT sollen diese Aufgaben nun effizienter und präziser erfüllt werden können.

Der Geschäftsbereich Sonar der Hauptabteilung Ultraschall des Fraunhofer-Instituts für Biomedizinische Technik IBMT in Sulzbach bündelt die bisherigen und zukünftigen Forschungsund Entwicklungsaktivitäten im Bereich der akustischen Unterwassermesstechnik. Ein Schwerpunkt der aktuellen Forschung und Entwicklung stellt die hochaufgelöste volumetrische Sonar-Bildgebung auf Distanzen von weniger als 25 Metern dar. Hochauflösend bedeutet in diesem Kontext die Darstellung von Strukturen im Zentimeterbereich bei wenigen Metern Messabstand. Derzeit sind drei bildgebende Sonar-Systeme in einen Demonstratoraufbau überführt und werden zu Labor- und Feldmessungen an verschiedenen Objekten und Strukturen eingesetzt.

Echtzeitfähige 3D-Sonarkamera. Foto: Fraunhofer IBMT

Echtzeitfähige 3D-Sonarkamera. Foto: Fraunhofer IBMT

Eines dieser Systeme, ein Fächerecholot oder Multibeam Echosounder (MBES), erzeugt einen Schallfächer, der während der Messung über den Seeboden oder das abzubildende Objekt bewegt wird. Die Position der Sonar-Antenne wird hierbei kontinuierlich GPS-referenziert aufgezeichnet, sodass die einzelnen Bildschichten anschließend positionsrichtig zusammengefügt werden können, um eine exakte Repräsentation der vermessenen Struktur zu generieren. Das System eignet sich für alle Messungen an unbewegten Strukturen aus Distanzen bis zu 15 Metern Entfernung. Sollen Bewegungsvorgänge abgebildet oder Arbeitsprozesse unter Wasser visualisiert werden, so ist eine volumetrische Bildgebung in Echtzeit notwendig. Hierzu wurden zwei weitere Sonar-Systeme entwickelt, die aufgrund ihrer Funktionsweise eine dreidimensionale Abbildung ihrer Umgebung aus einer festen Position heraus erlauben. Und dies mit derselben hohen räumlichen Auflösung wie das Fächerecholot. Eines der Systeme wird in einer druckbeständigen Variante aufgebaut, sodass sogar ein Einsatz in der Tiefsee bei bis zu 600 bar erfolgen kann. Auch eine Miniaturisierung der Systeme wird derzeit vorangetrieben. Neben Systemen zur 3D-Visualisierung entwickelt das Fraunhofer IBMT derzeit weitere Sonar-Systeme, wie etwa einen sedimentpenetrierenden Sub-Bottom-Profiler zur zentimetergenauen Vermessung von Sedimentschichten im Seeboden.

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