Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung

SpectralFinder – Materialien hyperspektral unterscheiden

 

SpectralFinder – Einfach, intuitiv und schnell Materialien hyperspektral unterscheiden

Welche Bereiche eines Gewässers sind ölverschmutzt? Ist die Pflanzendecke am Deich intakt? Wurde Erz oder Nebengestein gefunden? Wurde im Naturschutzgebiet illegal Müll entsorgt? Die Antwort kann der SpectralFinder geben – ein System, das große hyperspektrale Datenmengen mobil erfassen und in Echtzeit auswerten kann.

 

 

Verschiedene Fragestellungen erfordern eine zuverlässige Unterscheidung spezifischer Materialien. Hierfür eignen sich besonders Kameras mit farbempfindlichen Hyperspektralsensoren und an die Fragestellung angepasste Auswertemethoden.

 

Anwendungsmöglichkeiten für solche Systeme finden sich überall dort, wo Oberflächen genau unter die Lupe genommen werden müssen – luftgetragen beim Umwelt- und Katastrophenschutz, handgehalten bei der Suche nach Bodenschätzen oder der Bauwerksinspektion, wie auch integriert in bestehende Systeme zur Qualitätskontrolle bei der Produktion.

 

1: Verschiedene Anwendungsszenarien für die Materialuntersuchung. (c) Fraunhofer IOSB

 

Das menschliche Auge besitzt Rezeptoren für drei Farbwerte (Rot, Grün und Blau). Hyperspektralsensoren hingegen erfassen pro Bildpixel weit über 100 verschiedene Farbwerte. Durch diese hohe spektrale Auflösung erreichen Auswertealgorithmen eine bessere Trennschärfe bei der Materialzuordnung. Das Ergebnis sind geringere Falschalarmraten bei der Materialerkennung.

 

Seit Kurzem ist es mit spezieller Sensortechnik möglich, hyperspektrale Videos aufzunehmen. Dabei kann der zu verarbeitende Datenstrom ein Gigabyte pro Minute übersteigen. Die langjährige Erfahrung des Fraunhofer IOSB bei der Verarbeitung großer hyperspektraler Datenmengen erlaubt dennoch eine Auswertung in Echtzeit.

 

Einfach, intuitiv und schnell

 

Die hier eingesetzten interaktiven Auswertemethoden ermöglichen eine komfortable Informationsextraktion durch eine intuitive Darstellung der Klassifikationsergebnisse. Die Echtzeitfähigkeit der Auswertemethoden erlaubt dabei auch eine Betrachtung von Fragestellungen, die eine zeitnahe Reaktion erfordern.

 

Als luftgetragenes hyperspektrales System eignet sich der SpectralFinder zur schnellen Lageerfassung besonders in den Bereichen Umwelt- und Katastrophenschutz. So ist er in der Lage ölverschmutzte Gewässer, Schwachstellen von Deichen aufgrund von Schädlingsbefall oder Erosion sowie illegale Abfallentsorgung zu erkennen.

 

Der SpectralFinder ist dank der kompakten hyperspektralen Videokamera ebenso als handgehaltenes System einsetzbar. Seine Mobilität erlaubt den Einsatz im Nahbereich. Bei der Brückeninspektion können somit an hyperspektral auffälligen Stellen zeitnah Materialproben entnommen werden.

 

Ein stationärer Betrieb am Fließband ermöglicht die massenhafte Bewertung von Objekten. So kann etwa im Bergbau Erz von Nebengestein getrennt werden.

 

Die Bedienung des SpectralFinders ist denkbar einfach und intuitiv. Zur Unterscheidung wird das Material mit der Hyperspektralkamera erfasst und direkt in die Software des SpectralFinder geladen. Der Nutzer wählt einen Bildbereich oder einen Materialtyp aus einer Datenbank aus. Diese Informationen bilden die Grundlage der speziell an diese Aufgabe angepassten Klassifikation. Die Software bewertet anschließend automatisch alle weiteren Vorkommen dieses Materials in der laufenden Bildsequenz. Im virtuellen Labor – einer 3D-Umgebung am PC – können die Ergebnisse auf einem optional aufgenommenem 3D-Modell dargestellt und weiter untersucht werden.

 

Besucher des CeBIT-Gemeinschaftsstands der Fraunhofer-Gesellschaft können den SpectralFinder in Aktion erleben und sich von seiner intuitiven Bedienbarkeit und der schnellen Datenprozessierung selbst überzeugen.

 

2: Detektion von Verunreinigungen auf der Wasseroberfläche

 

 

3: Funktionsschema des SpectralFinder

 

4: Detektierte Beeinträchtigung der Grasoberfläche eines Deiches, bedingt durch Traktor-Fahrspuren