In der Entsorgung und im Recycling können mit HSI-Technologie am laufenden Band Gefahrstoffe wie Asbest oder der Unterschied von Polypropylen zu Polyethylen sicher für die Aussortierung detektiert werden.

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Hyperspectral Imaging Die nächste Stufe der industriellen Bildverarbeitung

20.12.2018

Wenn die industrielle Bildverarbeitung die Grenzen ihrer Möglichkeiten erreicht, kommt die Technologie des Hyperspectral Imaging (HSI) zum Einsatz. Sie kann viele bislang ungenutzte Anwendungsfelder erschließen – und das quer über fast alle Industriebranchen hinweg.

Die weit entwickelte klassische industrielle Bildverarbeitung (IBV) in Schwarzweiß und Farbe für Qualitätssicherung und Identifikation ist heute ein zentraler Bestandteil in allen Automatisierungsbereichen. Die zunehmenden Anforderungen zur Analyse unterschiedlicher Materialeigenschaften kann die IBV jedoch technologisch nicht abdecken. An dieser Stelle setzt HSI an: Vereinfacht gesagt kann das Sprichwort „Ein Bild sagt mehr als tausend Worte“ damit auf „hunderttausend Worte“ erweitert werden.

Über die Grundfarben hinaussehen

Das menschliche Auge und RGB-Kameras sehen die Umwelt multispektral in den Grundfarben Rot, Grün und Blau. Hyperspektrale Sensoren dagegen liefern komplexe umfangreiche Daten für eine detaillierte Differenzierung der Materialoberfläche und deren chemische Zusammensetzung. Daraus entsteht ein unverwechselbarer „Fingerabdruck“ von Materialien.

In den Satelliten zur Erdbeobachtung und Weltraumforschung wird HSI-Technologie einschließlich von Algorithmen der Künstlichen Intelligenz seit Jahrzehnten erfolgreich eingesetzt. Die steigende Leistungsfähigkeit und Kompaktheit sowohl der HSI-Kameras als auch der Embedded Computer machen sie für industrielle Anwendungen zunehmend attraktiv.

Dadurch soll sich der Einsatz von HSI für viele Branchen erweitern. Die Steuerungs-, Auswerte- und Visualisierungssoftware ist heute in Bedienung und Detektionsmöglichkeiten viel komfortabler. Sie unterteilt das Spektrum von Infrarot bis einschließlich kurzwelligem Ultraviolett in mehrere hundert schmale Farbkanäle und kann auch Algorithmen der Künstlichen Intelligenz enthalten.

Hyperspektrale Bilder werden durch bildgebende Spektroskopie erzeugt und beinhalten sehr große Datenmengen. Das ermöglicht das Klassifizieren, Identifizieren und Quantifizieren von Materialien in verschiedenen Industrien wie Entsorgung, Recycling, Oberflächentechnik, Lebensmittel, Kunststoffe, Verpackungen, Pharma und Landwirtschaft.

Hintergrund zum Spektroskopie-Begriff

Spektroskopie ist die Wissenschaft von den Eigenschaften des Lichtes, das von Materialien absorbiert oder reflektiert wird. Ein Gitter oder Prisma splittet das Licht im Spektrometer in viele sehr schmale, benachbarte Bänder auf. Die Energie in jedem Band wird im separaten Detektor in seiner Wellenlänge gemessen.

Durch hunderte oder sogar tausende Detektoren kann das Spektrometer Messungen von extrem schmalen Bändern im Nanometer- über den gesamten Wellenlängenbereich liefern. Mit unterschiedlichen Softwaretechniken werden sogenannte hyperspektrale 3D-Datenwürfel mit zwei räumlichen Dimensionen (Fläche - x, y) und einer spektralen Dimension (Lamda) als „Tiefe“ erzeugt.

Bildergalerie

  • In der Lebensmittelindustrie wird nicht nur der Reifegrad von Obst und Gemüse gemessen, sondern auch erste Anzeichen von Schimmelbildung. Hier zu sehen sind Avocados.

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  • Was sich der normalen digitalen Kamera entzieht, wird mit der HSI-Technologie sichtbar. Frühzeitig können so Veränderungen in landwirtschaftlichen Pflanzen erkannt werden.

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  • In der Qualitätssicherung der Pharmaindustrie können Wirkstoffgehalt und Verteilung von Materialien, hier etwa bei Tabletten bestimmt werden. Je nach Anwendungsfall ist auch eine Messung durch den Blister möglich.

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  • Bei Kunststoffen, Verpackung und der Oberflächentechnik kann HSI einen eindeutigen „Fingerabdruck“ der Eigenschaften von Oberflächen und verschiedenen Materialien bestimmen.

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