Lichtfeld für HSI
Hyperspektrale 20MP-Snapshot-Kamera mit neuem Ansatz
Die hyperspektrale Snapshot-Kamera Ultris überzeugt mit ihrer Datenqualität, 20MP-Bildauflösung, Flexibilität und Geschwindigkeit sowie einem spektralen On-Demand-Videorecorder.
Bild 1 | Bildvergleich der drei hyperspektralen Kameras Firefleye Q285, Butterfleye X2 (Dual Imec) und Ultris Q20. Für jeden Kameratyp werden eine RGB-Ansicht (True Color) und zwei Hyperspektralindizes (hNDVI und RedEdge) angezeigt. (Bild: Cubert GmbH)
Die Firefleye Q285 war seinerzeit die erste hyperspektrale Snapshot-Kamera, die einen vollständigen 3D-Datenwürfel (x, y, ) mit einer einzigen Aufnahme erfassen konnte. Die prismabasierte Sensortechnologie ermöglicht einen Lichtdurchsatz von bis zu 70 Prozent, der den CCD erreicht. Mit 125 Spektralkanälen (450 bis 950nm), beträgt die Bildgröße 50×50 Pixel, was 2.500 Spektren entspricht. Da es aber bei 50×50 Pixel schwierig ist, strukturelle Unterschiede in einem Bild zu erkennen, wurde ein zweiter Sensor mit nur einem Band (panchromatisch) in die Kamera integriert, wodurch derselbe Bildausschnitt mit 1.000×1.000 Pixel aufgenommen wird. Mit diesen zusätzlichen Informationen können Anwender ein Pansharpening der Spektraldaten durchführen, die zu finalen Datenwürfeln mit maximal 1.000×1.000×125 führt. Da viele Anwender aber nach noch höherer nicht-interpolierter Auflösung fragten, erweiterte Cubert sein Portfolio mit der multispektralen Butterfleye-Kamera auf Basis der Filter-on-Chip-Technologie von Imec. Die Anzahl der Kanäle verringerte sich dabei je nach verwendeten Chip auf 16 bzw. 25. Das kombinierte Modell Butterfleye X2 erreicht eine Auflösung von 512×272 Pixel.
Völlig neue Snapshot-Technologie
Auf Basis einer Lichtfeldkamera wurde nun das neue Modell Ultris entwickelt. Die Kamera verfügt über einen Ultra HD-CMOS-Sensor mit 20MP und ist somit das höchstaufgelöste Bildgebungsspektrometer der Welt, wenn es um die reine Pixelanzahl geht. Während der Aufnahme wird das Objekt hierbei in einer Vielzahl von Bildern aufgenommen, von denen jedes durch einen eigenen optischen Filter erzeugt wird. Die Kamera erreicht eine native Bildauflösung von 400×400 Pixeln mit jeweils 100 Spektralkanälen, welche den Wellenlängenbereich von 450 bis 850nm abdecken. Dies bedeutet folglich, dass die hohe Zahl von 160.000 Spektren simultan erfasst werden. Der 12bit-Sensor der Kamera ermöglicht es minimale Helligkeitsunterschiede in den Spektralinformationen bei gleichzeitig sehr geringem Rauschanteil zu erkennen. Die Dual-GigE-Schnittstelle der Kamera gewährleistet eine Ausleserate von bis zu 6Hz. Betrachtet man die Anordnung der Kanäle der drei Kameras innerhalb des Spektrums, werden die Verbesserungen deutlich. Die Q285 hat aufgrund ihrer prismabasierten Optik eine nichtlineare Verteilung der Kanäle. Bei der Imec-Kamera X2 kommt erschwerend hinzu, dass der Abstand sowie die genaue Position der Spektralkanäle aufgrund des komplizierten Herstellungsprozesses der Filter auf dem Chip nicht genau definiert werden können. Die Kanäle der Ultris sind hingegen vollständig äquidistant platziert, mit einem Halbwertsbreite (Full Width Half Maximum, FWHM) von zwei Prozent der Zentrumswellenlänge.
