Depth-from-Focus Verfahren zur absoluten Größen- und Konzentrationsbestimmung kleiner Teilchen

Der Verlust der Tiefeninformation einer dreidimensionalen Szene durch die Projektion auf zweidimensionale Bilddaten stellt ein prinzipielles Problem der Bildverarbeitung dar. Die Rekonstruktion ist anhand der mit dem Abstand von der Fokusebene zunehmenden Unschärfe im Bild möglich. In diesem Beitrag werden zwei neuartige Depth- from-Focus Verfahren vorgestellt, die die Tiefenrekonstruktion anhand eines einzigen Bildes erlauben. Dies wird durch die Kenntnis sowohl der Punktantwortfunktion der abbildenden Optik als auch der Eigenschaften der abgebildeten Objekte ermöglicht.
Das erste Verfahren wurde zur Untersuchung einer ozeanographischen Fragestellung entwickelt: Um den Einfluß von durch brechende Wellen in den Ozean eingetragenen Gasblasen auf den Gasaustausch zwischen Ozean und Atmosphäre abzuschätzen, ist es notwendig, deren Größenverteilung und Konzentration zu messen. Mittels eines schnellen Algorithmus werden sowohl die absolute Größe als auch die Entfernung der Objekte von der Fokalebene aus Parametern wie der scheinbaren Größe und der mittleren Helligkeit bestimmt. Durch ein Unschärfekriterium wird ein virtuelles Meßvolumen festgelegt. Damit kann die Konzentration und Größenverteilung der untersuchten Teilchen bestimmt werden.
In Zusammenarbeit mit ABB Heidelberg wurde ein weiteres Depth-from-Focus Verfahren entwickelt. Es wird zur Bestimmung der Zellkonzentration in Bioreaktoren anhand mikroskopischer in-Situ Aufnahmen eingesetzt. Die durch zunehmende Unschärfe verursachte Abnahme hoher Ortsfrequenzen im Fourierspektrum wird durch eine räumliche Bandpasszerlegung detektiert. Sie wird mittels einer Laplacepyramide durchgeführt und liefert ein mehrdimensionales Unschärfemaß, anhand dessen Meßvolumen und Zellkonzentration ermittelt werden.