Licht, das eine Botschaft trägt: moduliertes Licht, von der TV-Fernbedienung bis zu zwei Telefonen

Richte deine TV-Fernbedienung auf die Kamera deines Telefons und drücke eine Taste. Auf vielen Telefonen wirst du etwas sehen, was deine Augen nicht können: Die Spitze der Fernbedienung pulsiert in einem schwachen Licht. Das ist die Infrarot-LED der Fernbedienung, die einen Code blinkt — und der Grund, warum das in einem sonnendurchfluteten Wohnzimmer funktioniert, in dem die Sonne weitaus mehr Infrarotstrahlung abgibt als jede LED, ist nicht die Leistung. Es ist die Modulation. Die Fernbedienung versucht nicht, die Sonne zu überstrahlen; sie blinkt in einer Frequenz, in der die Sonne es nicht tut, und der Empfänger im Fernseher reagiert nur auf Veränderungen in dieser Frequenz. Ein gleichmäßiges Blendlicht, egal wie stark, bleibt für einen auf Flackern eingestellten Detektor unsichtbar.

Diese eine Idee — eine bekannte Blinkfrequenz ist eine Signatur, die jede Menge Dauerlicht übersteht — reicht von der einfachsten Fernbedienung bis hin zu Li-Fi-Forschungssystemen, die Deckenleuchten in drahtlose Zugangspunkte verwandeln (Haas et al., „What is LiFi?“ ist hierbei die Standardreferenz). Und sie ist das gesamte Funktionsprinzip des Sentio-Werkzeugs für moduliertes Licht, das sie nicht zur Datenübertragung nutzt, sondern um eine Messung zu übertragen.

Der Aufbau mit zwei Telefonen

Das Werkzeug ist eine Hälfte eines Paars. Ein zweites Telefon (oder die Web-App auf einem beliebigen Bildschirm) ist der Sender: Es lässt sein Display zwischen Schwarz und Weiß blinken, eine saubere Rechteckwelle mit exakt 2 Hz, wobei die Bildschirmhelligkeit auf das Maximum eingestellt ist, damit jeder Zyklus die gleiche Amplitude hat. Die Kamera des messenden Telefons beobachtet dies sechs Sekunden lang — ein Dutzend vollständige Zyklen — und stellt nacheinander zwei Fragen:

• Ist das 2 Hz-Blinken tatsächlich vorhanden? Die Erfassung misst zeitlich das erkannte Flimmern und bestätigt, dass die Frequenz mit der erwarteten übereinstimmt. Ohne Bestätigung gibt es keine Messung — eine Schwankung, die sich nicht eindeutig dem Sender zuordnen lässt, könnte ein vorbeiziehender Schatten, ein Bildschirmschoner oder sonst etwas sein.
• Wie groß ist die Amplitude? Nicht Maximum minus Minimum — ein einzelner Lichtreflex würde das verfälschen —, sondern eine robuste Perzentil-Spanne der Helligkeitswerte, die Ausreißer-Frames ignoriert und die wahre Amplitude der Rechteckwelle erfasst. Es ist eine Westentaschen-Version dessen, was Gerätehersteller als Lock-in-Detektion bezeichnen: alles verwerfen, nur die Änderung bei der bekannten Frequenz behalten.

Das Werkzeug zeichnet die Amplitude zudem separat im roten, grünen und blauen Kanal der Kamera auf und fixiert nach einer kurzen Einschwingzeit die Belichtungsautomatik und den Weißabgleich — denn eine sich selbst überlassene Kamera versucht, die mittlere Helligkeit auszugleichen, und dieser Mittelwert ist genau der Teil des Signals, der ganz bewusst verworfen wird.

Wozu die Amplitude dient

Für sich genommen sagt die Amplitude einer einzelnen Erfassung wenig aus — sie hängt von Abstand, Winkel, dem sendenden Bildschirm und der empfangenden Kamera ab. Macht man jedoch zwei Erfassungen mit demselben Aufbau und dividiert sie, kürzt sich all das heraus. Dieses Verhältnis ist der Motor der Verglasungs-Aktivitäten: Erst blinkt man direkt in die Kamera, dann blinkt man durch die Scheibe, und das Verhältnis von gefilterter zu direkter Amplitude ergibt die Transparenz der Scheibe — und zwar pro Farbkanal. So zeigt sich die stark blau-absorbierende Wirkung einer Wärmeschutzbeschichtung als messbare Selektivität statt als bloße Farbtönung. Dreht man den Sender zwischen den Erfassungen um eine Vierteldrehung, prüft derselbe Aufbau die Polarisation.

Dass man diesem Verhältnis vertrauen kann, liegt genau an der Physik der Fernbedienung aus dem ersten Absatz: Raumlicht, Lampen, Reflexionen und Tageslicht bestehen den 2 Hz-Test nicht und fallen bei beiden Erfassungen heraus. Sie können die Messung in einem beleuchteten Geschäft durchführen, während Sie Folien vor ein Fenster halten, und das Licht des Geschäfts fällt nicht ins Gewicht.

Verwandte Werkzeuge und eine Grenze

Der passive Verwandte dieses Werkzeugs ist Blinken, das die zeitlichen Verläufe von Licht misst, welches von der Umwelt moduliert wird — LED-Flimmern, Blinkcodes von Routern, rotierende Maschinen. In dieser Richtung gibt es echte gesundheitliche Relevanz: Die Flimmerpraxis von LED-Beleuchtungen ist Thema einer IEEE-Empfehlung, IEEE 1789-2015, eben weil eine niederfrequente Modulation, die das Auge nicht bewusst wahrnehmen kann, nicht unbedingt spurlos am Gehirn vorbeigeht. Das Werkzeug für moduliertes Licht unterscheidet sich in einem wesentlichen Punkt: Das Blinken kommt von uns. Ein bekannte Reiz macht aus einem Flimmer-Messer ein Transmissions-Fotometer.

Und um ehrlich zu sein, gibt es auch eine Grenze: Der tatsächliche Code Ihrer Fernbedienung ist für dieses Werkzeug unerreichbar. Infrarot-Fernbedienungen modulieren im Bereich von zig Kilohertz mit Bit-Timings im Millisekundenbereich — weit jenseits einer Kamera, die die Helligkeit nur ein paar Dutzend Mal pro Sekunde erfasst. Die Kamera kann zwar sehen, dass die LED der Fernbedienung aufleuchtet (ein wirklich nützlicher Test, um leere Batterien aufzuspüren, dank der unvollständigen Infrarotfilterung von Kamerasensoren), aber das Dekodieren des Musters bleibt dedizierten IR-Empfängern überlassen. Das Smartphone-Werkzeug arbeitet ganz bewusst am langsamen, robusten Ende des Modulationsspektrums: 2 Hz sind als Datenübertragung im Schneckentempo, aber als Träger für eine Messung ist es schnell genug, um Umgebungsschwankungen zu entgehen, und langsam genug, damit jede Kamera es zuverlässig erfassen kann.

Wie das Schwingungsverhältnis zu einer vollständigen Bewertung der Verglasung wird, erfährst du im Beitrag über Transparenz und Polarisation; eine Übersicht darüber, wo Smartphone-Optiken tatsächlich mit Laboroptiken konkurrieren können, bietet die ehrliche Gegenüberstellung.