Spektrallabor

Das Spektrallabor enthält einen kompletten Messplatz zur Aufnahme hyperspektraler Bilder in verschiedenen Wellenlängen, einschließlich einer künstlichen Breitband-Beleuchtungsanlage. Mit der gegenwärtig verfügbaren Kameratechnik können ortsaufgelöste Absorptionsspektren im Wellenlängenbereich zwischen 1,0 und 2,5 µm aufgezeichnet werden. Der auf ca. 195 K gekühlte Sensor besitzt eine spektrale Auflösung von 6.25 nm in 256 äquidistanten spektralen Kanälen. Die Digitalisierung erfolgt mit 14 bit.

Für die on-line-Bestimmung komplexer Stoffgemische in Flüssigkeiten steht ein, in Kooperation mit der Otto-von-Guericke-Universität Magdeburg (TEPROSA-Projekt), speziell entwickeltes Spektroskopie-System im Radiowellenbereich (VHF) auf Basis eines Dielektrischen Sensors und einer Datenanalyse mittels künstlicher Intelligenz zur Verfügung.

Der Sensorkopf besteht aus einem hochbeständigen, biokompatiblen Keramikwerkstoff. Das System arbeitet in einem Frequenzbereich von 15 kHz bis 150 kHz und tastet diesen regelmässig in 400 Känalen ab. Ein komplexwertiges Impedanzspektrum zur Charakterisierung der biochemischen Zusammensetzung der Flüssigkeit kann innerhalb einer Sekunde aufgenommen werden. Die Messelektronik ist hochintegriert und die Datenauswertung erfolgt auf einem Embedded PC.

Abbildung: Messaufbau zur dielektrischen Spektroskopie. Mittels Laptop erfolgt die Steuerung und on-line-Anzeige der aufgenommenen Spektren. Die Steuerungselektronik ist komplett integriert in einen Embedded PC und den Sensorkopf.

Zur Aufnahme spektraler akustischer Signale enthält das Spektrallabor verschiedene Akustiksensoren. Diese bestehen aus Mikrofonarrays und Körperschallsensoren. Hiermit lassen sich im Frequenzbereich von ca. 20 Hz bis 20 kHz mehrkanalige akustische Spektren aufzeichnen. Diese können unter Verwendung speziell entwickelter Mustererkennungssoftware u.a. zur quantitativen Bestimmung relevanter Eigenschaften von Objekten bei deren Aufprall auf eine geeignete Prallplatte genutzt werden.

Abbildung: An ein Förderband gekoppelter Messaufbau zur Aufnahme mehrkanaliger akustischer Spektren. Der Aufprall des Messobjektes, hier exemplarisch dargestellt sind Walnüsse im Rahmen der Qualitätssicherung, auf eine geeignete Prallplatte erzeugt ein charakteristisches akustisches Spektrum, das zur quantitativen Bestimmung relevanter Objekteigenschaften und zur Ansteuerung von nachfolgenden Sortieranlagen verwendet werden kann.

Luftbasierte Hyperspektralaufnahmen

Zur Verwendung hyperspektraler Kameratechnik für luftbasierte Aufnahmen haben wir ein System entwickelt, dass an gängige Flugzeuge im Servicebereich (z. B. Kleinflugzeuge, Agrarflugzeuge) montiert werden kann. Das System verfügt, neben der hyperspektralen Messkamera, über eine konventionelle Farbkamera, GPS-Referenzierung und integrierte Sensoren zur Aufzeichnung von Fluglage, Beschleunigung usw. des Flugzeugs während der Messung. Damit lassen sich korrekt georeferenzierte bzw. rektifizierte Hyperspektralaufnahmen aus beliebigen Flughöhen durchführen. Das System hat eine eigene Energieversorgung und ist somit unabhängig vom elektrischen Bordnetz des Trägerflugzeuges.

Abbildung: System zur flugzeugbasierten Aufnahme von Hyperspektralbildern. Mit einem speziell für diesen Anwendungszweck konstruierten und gefertigten Adapter lassen sich alle im Text genannten Komponenten außen am Flugzeug montieren. Damit ist die Verwendung des Systems nicht an spezielle Flugzeuge, z. B. mit Bodenluke, gebunden. Im Flugzeug befinden sich die separate Energieversorgung und der Aufnahmerechner.