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Kamera liefert ‚chemischen Fingerabdruck‘

20. April 2020, 09:00 Uhr   |  Inka Krischke

Kamera liefert ‚chemischen Fingerabdruck‘
© Perception Park

Bildverarbeitung auf Hyperspektralbasis ermöglicht es, organische oder anorganische ­Verunreinigungen von Objekten zu erkennen – und zwar nicht nur an deren Oberfläche, sondern ­teilweise auch in ihrem Inneren. Ein Überblick.

Während übliche 2D- und 3D-Vision-Systeme die Qualität von Objekten überprüfen, indem sie bestimmte Fehlermerkmale an der Oberfläche erkennen, geht die hyperspektrale Bildverarbeitung (Hyperspectral Imaging, HSI) einen Schritt weiter: Mit ihrer Hilfe kann eine spektroskopische Analyse von Objekten erfolgen, um organische oder anorganische Verunreinigungen festzustellen – nicht nur an der Oberfläche, sondern teilweise auch im Inneren der inspizierten Materialien.

Hyperspektrale Bildverarbeitungssysteme nutzen meist 100 oder mehr verschiedene Wellenlängen und verwenden dazu einen Spektrographen, der das vom Objekt reflektierte Licht in sein Spektrum zerlegt und auf den Sensor der eingesetzten Kamera abbildet. Die auf diese Weise entstehenden Bilder setzt ein HSI-System zu einem dreidimensionalen hyperspektralen Daten-würfel zusammen, der sehr große Datenmengen enthalten kann. Als Ergebnis entsteht dadurch ein ‚chemischer Fingerabdruck‘ des betrachteten Objekts, der eine genaue Bestimmung der vorliegenden Materialeigenschaften ermöglicht. Im Anschluss lässt sich mittels einer speziellen Auswertesoftware jeder erkannte chemische Bestandteil mit einer eigenen Farbe in den aufgenommenen Bildern kennzeichnen, um dem Anwender die vorliegenden Stoffe auf einfache Weise zu visualisieren. Die dabei eingesetzte Technologie nennt sich Chemical Colour Imaging (CCI).

Die Anwendungsmöglichkeiten

Hyperspektrale Bildverarbeitung lässt sich in unterschiedlichsten industriellen Anwendungsbereichen einsetzen und bietet in bestimmten Fällen Lösungen für Aufgaben, an denen übliche Bildverarbeitungssysteme scheitern.
Ein Anwendungsbeispiel ist etwa die Klassifizierung von Stoffen, die optisch keinerlei Unterschiede aufweisen, chemisch jedoch nicht identisch sind. So können zum Beispiel Kunststoffe verschiedenster Zusammensetzung sehr ähnlich aussehen und sind daher mit herkömmlicher Bildverarbeitung kaum zu unterscheiden. HSI-Systeme hingegen analysieren die chemischen Eigenschaften und erkennen die Materialien sicher.

Auch die Konzentration und Verteilung von Inhaltsstoffen lässt sich mit dieser Technologie weitgehend und in Echtzeit erfassen.
Eine Besonderheit von Hyperspektralsystemen macht sie für bestimmte Anwendungsfälle besonders attraktiv: So sind einige Stoffe für sichtbares Licht nicht transparent, können aber von Infrarot-Licht durchdrungen werden. Dadurch wird es möglich, die chemische Zusammensetzung von verpackten Inhalten selbst durch eine entsprechend ausgelegte Verpackung hindurch zu prüfen. Anwendungen, in denen diese Eigenschaft zum Tragen kommt, finden sich beispielsweise in der Pharma- und der Lebensmittelindustrie.

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1. Kamera liefert ‚chemischen Fingerabdruck‘
2. Fehlererkennung in der Pharmaindustrie
3. Sichere Lebensmittelproduktion
4. HSI in der Holzverarbeitung

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