Forscher tricksen Lichtstreuung aus

Eine Milchglasscheibe lässt zwar Licht durch, es ist dahinter hell. Aber: Hinter dem Milchglas – und das ist ja schließlich sein Zweck – kann man so gut wie nichts erkennen. Der Grund: Die Scheibe streut das Licht extrem stark. Vereinfacht gesagt wird jeder Lichtstrahl, der durch das Milchglas tritt, in eine andere Richtung abgelenkt. Aus scharfen Formen und Konturen wird so eine diffuse Fläche. Doch die Lichtstreuung lässt sich ausgleichen – mit einem raffinierten Korrekturverfahren, entwickelt von Yaron Silberberg und seinem Team vom Weizmann Institut in Israel.

"Das Schlüsselelement ist ein Lichtmodulator. Er sieht ein bisschen aus wie ein normaler Flachbildschirm mit einer bestimmten Anzahl von Pixeln, ist allerdings lichtdurchlässig. Jedes Pixel kann das Licht gezielt manipulieren, kann seine Phase ein wenig verschieben. Um nun die Lichtstreuung korrigieren zu können, müssen wir unseren Lichtmodulator zunächst mal trainieren. Das geschieht mit einer Software, die den Modulator solange verstellt, bis das Ergebnis optimal ist."

Konkret sieht das im Labor so aus: Zwischen ein beleuchtetes Objekt und eine Kamera stellten die Forscher einen Lichtdiffusor, eine Art Mattscheibe. Die Kamera sah nichts als ein unstrukturiertes Rauschen. Dann positionierten die Experten zwischen Mattscheibe und Kamera ihren Lichtmodulator. Ein paar Minuten Computertraining genügten, und der Modulator hatte sich auf die Eigenheiten der Mattscheibe eingestellt. Damit war er in der Lage, die Lichtstreuung auszugleichen. Wie von Geisterhand war das Objekt auf dem Kamerabild wieder zu erkennen – jedenfalls in Umrissen.

"Die Methode hat natürlich ihre Grenzen. Sie dürfen keine wunderschönen, hochaufgelösten Bilder erwarten. Nein, die Bilder, sind relativ grobkörnig und kontrastarm. Aber immerhin: Zentimetergroße Buchstaben macht unsere Technik sichtbar. Ohne den Lichtmodulator erkennt man nichts, nur verschmiertes Licht. Mit unserer Korrektur lassen sich die Buchstaben plötzlich lesen. Und das ist wirklich fantastisch."

Doch damit nicht genug. Als die Forscher in ihrem Labor die Möglichkeiten ihres Lichtmodulators ausloteten, stießen sie auf eine Überraschung.

"Unsere Technik erlaubt es nicht nur, durch trübe Schichten hindurchzublicken. Sie kann auch Reflexionen korrigieren, die von einer streuenden Oberfläche ausgehen. Und von solchen Oberflächen sind wir ja ständig umgeben: Jede Wand ist eine streuende Oberfläche."

Dass eine Wand oder auch ein Blatt Papier das Licht nicht wie ein Spiegel reflektiert, hat einen simplen Grund: Dazu ist die Oberfläche viel zu rau. Die Lichtstrahlen, die auf diese raue Fläche treffen, werden stark gestreut – also nicht in eine Richtung abgelenkt, sondern in alle möglichen.

"Wir haben gezeigt, dass unser Lichtmodulator diese Streueffekte teilweise korrigieren kann. Im Labor konnten wir auf ein Blatt Papier blicken und ein Muster erkennen, das von diesem Papier reflektiert wurde. Wir haben das Blatt Papier also buchstäblich in einen Spiegel verwandelt. Im Prinzip können wir damit sogar um die Ecke blicken wie mit einem Spiegel."

Die Grundlage also für eine neue Agentenbrille, mit der sich heimlich und unbemerkt um die Ecke spähen lässt? Nun, dazu scheint die Technik wohl doch zu aufwendig. Deshalb denkt Yaron Silberberg an eine ganz andere Anwendung.

"Das Feld, was uns wirklich antreibt, ist die Mikroskopie. In Medizin und Biologie muss man häufig mit dem Mikroskop durch Gewebe hindurchschauen – Gewebe, das das Licht sehr stark streut. Stellen Sie sich vor, Sie wollen durch die Eierschale in das Ei hineinblicken. Mit einem normalen Lichtmikroskop ein Ding der Unmöglichkeit. Doch mit unserer Methode scheint das machbar."

Interessant wäre auch der Blick unter die Haut oder in das Gehirn. Genau daran arbeiten die Weizmann-Experten jetzt und versuchen, mit Hilfe ihres Modulators durch millimeterdickes Hirngewebe schauen zu können. Eine Herausforderung, sagt Silberberg. Hirngewebe nämlich streut Licht ausgesprochen stark.