Die hyperspektrale Bildverarbeitung, insbesondere Infrarot, erfährt in den letzten Jahren einen Schub an Aufmerksamkeit. Warum?

Hyperspectral bietet neben der klassischen Abbildung auch noch Zugang zu chemischen Informationen, gerade im Infrarotbereich von ca. 900 nm bis 1.700 nm. Daher lassen sich völlig neue Anwendungslösungen realisieren. Wie wohl bei jeder neuen Technologie gab es – und gibt es gewiss auch weiterhin – einige Hürden zu nehmen. Jedoch gerade in Sachen Anwenderfreundlichkeit und Kosten hat sich von Seiten der Hard- und Software-Hersteller sehr viel getan, sodass sich Hyperspectral immer weiter etablieren konnte. Und die Reise ist noch nicht zu Ende.

Welche Rolle spielt IR in der industriellen Qualitätssicherung?

Infrarot, oder genauer gesagt Bildverarbeitungssysteme mit Sensoren auf InGaAs-Basis, sind neben den weiter verbreiteten Systemen mit Siliziumsensoren ein zusätzliches und sehr nützliches Werkzeug innerhalb der industriellen Qualitätssicherung. Zahlreiche Anwendungen können im sichtbaren Bereich kaum oder gar nicht gelöst werden – mit SWIR aber schon.

Welche Anwendungen wären das?

Das ist breit gestreut. Von Pharma und Medical hin zu Halbleitern und Food, um nur einige zu nennen. Letztlich geht es immer darum, sich das unterschiedliche Transmissions- oder Absorptionsverhalten verschiedener Materialien zunutze zu machen. Manche Kunststoffarten und Siliziumwafer sind transparent im SWIR, sodass sich Füllstände und Fehlstellen leicht identifizieren lassen. Aufgrund unterschiedlicher Absorptionsprofile im IR lassen sich im VIS kaum zu unterscheidende Materialien auf einmal sehr leicht differenzieren. Die Liste konkreter Anwendungen ist daher sehr lang. 

Welche Rolle spielen dabei Infrarot-Optiken sowie Bandpass- und Farbfilter?

Bei Anwendungen, in denen man monochromatisch arbeitet und sowohl Transmission als auch Auflösung keine allzuhohen Anforderungen erfüllen müssen, kann man unter Umständen mit deutlich günstigeren Optiken für den sichtbaren Bereich auskommen. In allen anderen Fällen sollte man jedoch zu einem richtigen SWIR-Objektiv greifen, das für diesen Wellenlängenbereich ausgelegt ist.

Bandpass- oder Farbfilter spielen eine wichtige Rolle, da sie einen Lösungsraum zwischen konventionellem Imaging und Hyperspectral eröffnen. Denn manchmal genügt es, sich auf einige Wellenlängenbereiche zu beschränken, anstatt das gesamte Spektrum zu verwenden. Mit der geeigneten Kombination von Bandpassfiltern kann man sich diese Bereiche sozusagen herausschneiden und mit einem klassischen Bildverarbeitungssystem arbeiten anstelle eines hyperspektralen. In Hinblick auf Anschaffungskosten und Komplexität ist das trotz aller Fortschritte immer noch attraktiver. Um aber im Vorfeld diese relevanten Wellenlängenbereiche zu identifizieren, kommt man wahrscheinlich nicht um ein Hyperspektralsystem herum. 

Welche wesentlichen Technologietrends gibt es in diesem Bereich?

Unter den zurzeit spannendsten Themen sind hier die neuen Sensoren von Sony zu nennen, die sowohl den VIS als auch den SWIR Bereich abdecken (IMX 990 und IMX 991). Nicht nur der enorm große Wellenlängenbereich dieser Sensoren, auch deren im Vergleich zu bisherigen SWIR-Sensoren kleines Format und kleine Pixel stechen hier hervor. Es gibt schon einige Kameras mit diesen Sensoren auf dem Markt, und auch einige Optikhersteller haben bereits Objektive für diese Sensoren im Programm. Es wird spannend sein zu beobachten, in welchen Anwendungsgebieten diese Systeme zum Einsatz kommen werden.