Schwerpunkte

Hyperspektrale Bildverarbeitung

Von der Kamera zur Komplettlösung

08. Juli 2021, 11:40 Uhr   |  Andreas Knoll

Von der Kamera zur Komplettlösung
© Specim

Mithilfe von SpecimInsight lassen sich Klassifikatoren leicht modellieren und anpassen, um eine Anwendung nach den vorhandenen Anforderungen zu erstellen.

Hyperspektrale Bildverarbeitung dringt in immer mehr Anwendungen vor, die mit Sortieren, Identifizieren und Klassifizieren zu tun haben. Specim, für entsprechende Kameras bekannt, bietet jetzt ein System an, das Hard- und Software zu einem kompletten Produkt für Hyperspectral Imaging kombiniert.

Die hyperspektrale Bildverarbeitung (Hyperspectral Imaging, HSI) hat sich in den letzten Jahren zu einer der am stärksten florierenden Vision-Techniken entwickelt und führt zu wirtschaftlichen Produkten in immer mehr Anwendungsfeldern. Sie ermöglicht eine spektroskopische Analyse der inspizierten Objekte und die farbliche Kennzeichnung der chemischen Zusammensetzung der untersuchten Substanzen in den aufgenommenen Bildern. Auf diese Weise lassen sich sowohl organische als auch anorganische Verunreinigungen mit ein und demselben System identifizieren.

Hyperspektrale Bildverarbeitung unterscheidet sich von Bildverarbeitung im sichtbaren, im Ultraviolett- oder im Infrarot-Bereich vor allem dadurch, dass zur Analyse der Ergebnisse oft mehr als 100 verschiedene Wellenlängen verwendet werden.

Nötig ist dafür ein Spektrograf, der das vom Objekt reflektierte Licht in sein Spektrum zerlegt und auf den Sensor der eingesetzten Kamera abbildet. Die so entstehenden Bilder werden zu einem dreidimensionalen hyperspektralen Datenwürfel zusammengesetzt, der riesige Datenmengen enthalten kann. Auf diese Weise entsteht ein „chemischer Fingerabdruck“ des entsprechenden Stoffs, der eine genaue Analyse der Prüfobjekte zulässt. Eine spezielle Auswerte-Software ermöglicht dabei eine eigene Farbkennzeichnung jedes erkannten chemischen Bestandteils im Bild.

Typische Anwendungen hyperspektraler Bildverarbeitung sind die Klassifizierung von Kunststoffen beim Recycling, das Auffinden von Verunreinigungen oder Fäulnis in Lebensmitteln sowie die Identifikation von Materialien aller Art, die im Realbild kaum Unterschiede zeigen, unter anderem im Bergbau, in der Pharmaindustrie oder in der Medizin.

Zu den Herstellern von Hyperspektralkameras zählt Specim – bekannt vor allem durch die Serie „Specim FX“ für industrielle Anwendungen und die Baureihe „Specim IQ“ für mobile Applikationen. Jetzt hat das finnische Unternehmen sein Kameraportfolio um ein Komplettsystem für die hyperspektrale Bildverarbeitung ergänzt. »Wir haben festgestellt, dass es einen großen und bisher unbefriedigten Bedarf an einer einfach zu bedienenden Plattform für die hyperspektrale Bildverarbeitung gibt«, sagt Tapio Kallonen, CEO von Specim. »Dies war für Specim der Anstoß, sein Portfolio um das Komplettsystem „SpecimOne“ zu erweitern. Es bündelt unser langjähriges Know-how auf dem Gebiet der Hyperspektralkameras mit Software, die bisher vor allem intern verwendet wurde, und einer leistungsstarken Rechnereinheit.« Mit dieser Kombination stelle Specim Anwendern eine komplette Hyperspektrallösung bereit, die den Einsatz der HSI-Technik wesentlich vereinfache.

Specim
© Specim

Die Industriekameras der FX-Serie von Specim bilden die Basis von SpecimOne.

Abgestimmter Dreiklang

Die Sortierbranche ist der Hauptzielmarkt für SpecimOne. Sie umfasst das Recycling und die Lebensmittelindustrie sowie viele andere Industriezweige, die spezifische und strenge Anforderungen an die Geschwindigkeit und Leistung ihrer Sortierprozesse stellen. »SpecimOne soll genau diese Anforderungen erfüllen«, betont Jorma Axelsson, der als Produktmanager für das System verantwortlich ist. Es besteht aus drei aufeinander abgestimmten Elementen: den Kameras der FX-Familie, der Rechnereinheit „SpecimCube“ und der Software „SpecimInsight“. »Unsere Kameras der FX-Serie beruhen wie alle Hyperspektralsysteme darauf, dass sie die chemische Zusammensetzung von Prüfobjekten über eine berührungslose, zerstörungsfreie optische Methode erkennen und klassifizieren können«, erläutert er. »Unsere FX-Modelle waren die ersten hyperspektralen Kameras, die speziell für den industriellen Einsatz entwickelt wurden und den hohen Anforderungen der Branche bezüglich Geschwindigkeit und Robustheit entsprachen. Diese Produkte, die seit vielen Jahren unser Kerngeschäft darstellen, haben sich in unzähligen Applikationen bewährt.«

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© Specim

Jorma Axelsson, Specim: »SpecimOne wird Sortierprozesse in einer Vielzahl von Branchen weltweit revolutionieren.«

Durch den engen Kontakt mit vielen Anwendern der FX-Kameras konnte Specim über die Jahre hinweg eine große Wissensbasis zur Auswertung von Hyperspektralaufnahmen mithilfe geeigneter Software aufbauen. Diese Erfahrungen sind in die zweite Komponente von SpecimOne eingeflossen: SpecimInsight ist eine Software auf Windows-Basis, mit der Anwender Klassifikationsmodelle der inspizierten Materialien erstellen können. »SpecimInsight komprimiert das interne Know-how unserer Software-Experten und stellt Anwendern umfangreiche und bewährte Algorithmen für die effektive Entwicklung von Hyperspektrallösungen zur Verfügung«, verdeutlicht Jorma Axelsson.

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1. Von der Kamera zur Komplettlösung
2. Problemlose Erstellung von Modellen zur Erkennung von Objekten

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