Leitfaden zur hyperspektralen Bildverarbeitung

Der Fraunhofer-Geschäftsbereich Vision aus Fürth hat den 19. Band seiner Leitfaden-Reihe herausgegeben. Der »Leitfaden zur hyperspektralen Bildverarbeitung« kann gegen eine Schutzgebühr von 35 Euro beim Büro des Fraunhofer-Geschäftsbereichs Vision, im Vision Webshop oder im Buchhandel erworben werden.

Die Anwendung spektroskopischer Methoden ist eine relativ junge Disziplin der Bildverarbeitung. Dieser auch als Hyperspectral Imaging (HSI) oder bildgebende Spektroskopie bezeichneten Technik wird jedoch für die Zukunft enormes Potenzial zugeschrieben. HSI unterscheidet sich von klassischen Methoden der Bildverarbeitung vor allem dadurch, dass pro Objektpixel anstelle eines Monochrom- oder Farbwerts ein komplettes Spektrogramm des entsprechenden Punkts der beobachteten Szene aufgenommen und ausgewertet wird. Im Resultat wird die zweidimensionale Abbildung also um die spektrale Dimension erweitert, indem spektroskopische Informationen ortsaufgelöst mit hoher Geschwindigkeit erfasst werden. Damit eröffnen sich für den Einsatz von Bildverarbeitung völlig neue und bislang ungenutzte Anwendungsfelder, die aus technologischen und/oder wirtschaftlichen Gründen heute noch nicht besetzt sind. Die 96 Seiten starke Publikationen gibt einen praxisorientierten Überblick über die hyperspektrale Bildverarbeitung und zeigt anhand von Beispielanwendungen das Potenzial dieser Technologie auf.

Methoden und Anwendungen der hyperspektralen Bildverarbeitung

Die Leitfaden-Reihe des Fraunhofer-Geschäftsbereichs Vision blickt inzwischen auf eine über fünfzehnjährige Geschichte zurück. Jährlich ist ein Band zu einem aktuellen Thema erschienen mit dem Ziel, potenziellen Anwendern das aktuelle Wissen zum Einsatz industrieller Bildverarbeitung und berührungsloser Mess- und Prüftechnik in allgemein verständlicher Form zur Verfügung zu stellen.

Der neu erschienene Band 19 gibt einen Überblick zu Methoden und Anwendungen der hyperspektralen Bildverarbeitung. Die Spektroskopie ist eine Gruppe bewährter Messverfahren, mit denen (bestimmte) chemische und physikalische Materialeigenschaften und/oder Inhaltsstoffe eines Objekts gemessen werden können. Im infraroten Spektralbereich werden solche Methoden beispielsweise zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung von Lebensmitteln angewendet (»Infrarot-Spektroskopie«). Zwar ist die Spektroskopie zunächst kein bildgebendes Verfahren, aber mit Hilfe moderner Sensortechnologie können spektroskopische Informationen ortsaufgelöst mit hoher Geschwindigkeit erfasst werden. Entsprechende bildgebende Sensorsysteme werden in jüngerer Zeit immer kostengünstiger verfügbar. Sie erzeugen Bilder, die für jedes Pixel ein komplettes Spektrogramm des entsprechenden Punkts der beobachteten Szene bereitstellen. Die hyperspektrale Bildverarbeitung befasst sich mit der Verarbeitung und Auswertung solcher Bilder.

Im Leitfaden zur hyperspektralen Bildverarbeitung werden zunächst Grundlagen der Spektroskopie vorgestellt und anschließend Methoden der hyperspektralen Bildaufnahme (Detektoren, Kameras, Beleuchtung usw.) behandelt. Der Abschnitt Bildverarbeitung gibt einen Überblick über Aspekte der Aufbereitung von Hyperspektraldaten, Datenreduktion und Chemometrie und stellt mögliche Klassifikationsmethoden vor. Den Abschluss bildet ein praktischer Teil, in dem mehrere Anwendungen in für HSI typischen Einsatzbereichen wie Nahrungsmittel, Rohstoffe (Mineralien, Glas oder Holz), Recycling, Medizin oder Life Science vorgestellt werden.