Hyperspektrale und multispektrale Bildgebung

Die hyperspektrale Bildgebung (engl. Hyperspectral Imaging, HSI) bzw. multispektrale Bildgebung (engl. multispectral imaging) kann Unsichtbares sichtbar machen. Dafür wird die orts- und wellenlängenaufgelöste Detektion in verschiedenen elektromagnetischen Bereichen (Spektrum) genutzt.

ultraviolettes Licht (UV) Spektralbereich von 50 nm – 400 nm
sichtbares Licht (VIS) Spektralbereich von 400 nm – 750 nm
nahinfrarotes Licht (NIR) Spektralbereich von 750 nm – 2500 nm
mittleres Infrarot (MIR) Spektralbereich von 2500 nm – 10000 nm
Eingebettet in Gras, wurde der ‚IWS‘ Schriftzug aus Kunstrasen gemacht und mit NIR-HSI visualisiert
© Fraunhofer IWS Dresden
Eingebettet in Gras, wurde der ‚IWS‘ Schriftzug aus Kunstrasen gemacht und mit NIR-HSI visualisiert

Der Unterschied zwischen multispektraler und hyperspektraler Bildgebung liegt in der Anzahl der detektierten Punkte im Spektrum. Für eine ‚echte‘ hyperspektrale Bildgebung sollten mindestens 100 Punkte im Spektrum aufgenommen werden. Während hyperspektrale Systeme durch zeilenweises Abtasten meistens als ‚pushbroom-Imager‘ (zeilenweises Abtasten) arbeiten, nehmen multispektrale Systeme das gesamte Bild häufig direkt auf. Das Spektrum wird dann über unterschiedliche optische Filter (‚multichannel‘), Subpixelstrukturen (‚Filter-on-Chip‘) oder spezielle Prismen generiert. In Abhängigkeit der Detektortechnologie werden hyperspektrale und multispektrale Kameras oder Systeme häufig anhand der nutzbaren Wellenlängenbereiche unterschieden:

UV
  • Detektionsbereich von 250 nm – 500 nm
  • Si-Detektor
  • Anwendungen in Fluoreszenz, ultradünnen Schichten usw.
VNIS
(Abkürzung für VIS-NIR)
  • Detektionsbereich von 400 nm – 1000 nm
  • Si-Detektor
  • Anwendungen für optische Eigenschaften (Reflektion, Farbe), Sicherheitsmerkmale, Fluoreszenz, Oberflächenstruktur, Schichten usw.
NIR
  • Detektionsbereich von 900 nm – 1600 nm
  • InGaAs Detektor
  • Probenaufbau, chemische Zusammensetzung, Vereunreinigungen, Defekte
SWIR
(Akürzung für short wave infrared)
  • Detektionsbereich von 1000 nm – 2500 nm
  • MCT Detektoren
  • Probenaufbau, chemische Zusammensetzung, Verunreinigungen, Kombinationsschwingungen
MIR
  • Detektionsbereich von 2500 nm – 10000 nm
  • MCT Detektoren
  • chemische Gruppen und Merkmale, Grundschwingungen

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