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Snapshot Spectral Imaging

Hyperspectral Imaging auf dem Sprung in die IBV

Jahrelang fristete Hyperspectral Imaging (HSI) ein Schattendasein in der industriellen Bildverarbeitung. Zu teuer, zu umst?ndlich und nicht industrietauglich, so lauteten die Vorurteile. Durch die Zusammenarbeit zweier Firmen konnten diese H?rden nun ?berwunden werden. Die Preise sind deutlich gesenkt, die Software in den Sensor integriert und die Technologie in einem industrietauglichen Geh?use verpackt. Die vollfl?chigen Sensoren unterscheiden sich damit bei Ihrer Integration nicht l?nger von 2D-RGB-Sensoren.

Jahrelang fristete Hyperspectral Imaging (HSI) ein Schattendasein in der industriellen Bildverarbeitung. Zu teuer, zu umst?ndlich und nicht industrietauglich, so lauteten die Vorurteile. Durch die Zusammenarbeit zweier Firmen konnten diese H?rden nun ?berwunden werden. Die Preise sind deutlich gesenkt, die Software in den Sensor integriert und die Technologie in einem industrietauglichen Geh?use verpackt. Die vollfl?chigen Sensoren unterscheiden sich damit bei Ihrer Integration nicht l?nger von 2D-RGB-Sensoren.

 Die hyperspektralen Kameras der Firefleye, Butterfleye und Butterfleye X2 (v.o.n.u.) kamen bisher vorwiegend bei der Agrartechnik zum Einsatz. (Bilder: Cubert GmbH)

Die hyperspektralen Kameras der Firefleye, Butterfleye und Butterfleye X2 (v.o.n.u.) kamen bisher vorwiegend bei der Agrartechnik zum Einsatz. (Bilder: Cubert GmbH)

Hyperspektrale, bildgebende Sensorik verspricht die chemischen Unterschiede einer Probe ortsaufgel?st zu detektieren. Anders als bei gew?hnlicher RGB-Sensorik werden nicht nur reine Helligkeitsinformationen/Pixel detektiert, sondern ein vollst?ndiges Spektrum/Pixel aufgenommen. Ist die Signatur verschiedener chemischer Komponenten der Probe bekannt und im Spektralbereich signifikant, k?nnen sogar absolute Konzentrationen der chemischen Substanzen in jedem Bildpunkt detektiert werden. Die Gr?nde, dass dieser Technologie der Durchbruch in der industriellen Bildverarbeitung noch bevorsteht, sind haupts?chlich bei der fehlenden Standardkonformit?t, der fehlenden Industrietauglichkeit und nicht zuletzt dem hohen Preis zu suchen. Alle diese H?rden sind nun ?berwunden. Spektrale Sensorik besitzt eine hohe Sensitivit?t auf Qualit?t und Ver?nderungen in Lebensmitteln und Agrarprodukten. Bisher haben daher Entwicklungen vorwiegend im Agrarumfeld stattgefunden. Dort wird einfache Spektralsensorik bereits seit ca. zehn Jahren eingesetzt. Die Cubert GmbH startete 2012 als erste Firma weltweit den Vertrieb eines neuartigen vollfl?chigen HSI-Sensors f?r mobile und drohnengest?tzte Applikationen. Neben den Hyperspektrall?sungen der Firefleye-Serie kommen nun auch in Zusammenarbeit mit VRmagic Imaging intelligente, hochintegrierte Sensoren auf Einzelchipbasis auf den Markt. Die Produkte der neuen Butterfleye-Serie basieren auf der intelligenten Kameraplattform D3 von VRmagic Imaging und sind vollst?ndig autark. In dem kleinen Formfaktor der Kamera (Gewicht 370g) findet basierend auf dem ARM bzw. DSP der D3 bereits eine chemische Echtzeit-Analyse der Spektralb?nder statt. Die Software Cubert Utils erm?glicht dabei die Echtzeitverrechnung und Kalibration der Spektralsignale der IMEC-Sensoren und ber?cksichtigt auch radiometrische Einfl?sse wie einfallendes Sonnenlicht. Die Kamera verkn?pft Daten von weiteren Sensoren, wie GPS, Lageinformation oder Temperatur mit den Messungen. Diese werden per TCP/IP kabellos zur Bodenstation ?bertragen oder on-Board auf SSD/SD-Karte gespeichert. Mit einer photogrammetrischen Mapping L?sung von Vito ist die nahtlose Erstellung von GPS verorteten Ergebniskarten m?glich, aus denen ortsabh?ngige D?nge- und Pflanzenschutzma?nahmen hervorgehen. Zusammen mit Robert Bosch und weiteren Partnern werden aktuell autonome End-to-End-L?sungen f?r den landwirtschaftlichen Einsatz erforscht. Die Messung ist dabei integraler Bestandteil des Pflanzenschutzes oder D?ngemitteleinsatzes und muss nicht mehr singul?r durchgef?hrt werden, sondern steuert den Spritzmitteleinsatz direkt.

Der Weg in die industrielle Bildverarbeitung

 Die Kameras der Butterfleye-Serie, wie z.B. die Q137, basieren auf der intelligenten Kameraplattform D3 von VRmagic Imaging. (Bild: Cubert GmbH)

Die Kameras der Butterfleye-Serie, wie z.B. die Q137, basieren auf der intelligenten Kameraplattform D3 von VRmagic Imaging. (Bild: Cubert GmbH)

Cubert ist Marktf?hrer f?r vollfl?chig spektral messende Kameral?sungen. VRmagic Imaging bietet ausgereifte industrielle Plattformen f?r Multisensor-Applikationen und intelligente Kamerasysteme. Durch die Zusammenarbeit sind nun Produkte m?glich, die den Anforderungen an spektrale Sensorik gerecht werden und gleichzeitig industrietauglich sind. Neben der Feldanwendung sind die Systeme insbesondere f?r die Wareneingangskontrolle von Lebensmitteln und Agrarg?tern pr?destiniert. Die HSI-Sensorik schlie?t sich auch im Preis mittlerweile nahtlos an das oberste Preissegment industrieller RGB-Sensorik an und ist – bis auf die hohe Anzahl spektraler Filter und der Genauigkeit chemischer und struktureller Aussagen – in der Anwendung identisch zu CCD- oder CMOS-Industriesensoren. Dabei ?bernimmt die auf der Kameraplattform integrierte Spectral Imaging Software von Cubert direkt die ?bersetzung der spektralen Daten in konzentrationsabh?ngige Grauwerte oder klassifikationsabh?ngige Falschfarbdaten. Die Weiterverarbeitung kann danach in einer Bildverarbeitungssoftware wie Halcon oder OpenCV stattfinden. Die gesamte spektrale Messtechnik ist in einem IP65/67 zertifizierten Aluminiumgeh?use mit 24V-Spannung, M12 versiegelten Steckern und opto-isolierten I/Os sowie einer Vielzahl industrieller Schnittstellen integriert. Die intelligente Plattform erm?glicht die Verrechnung der Daten direkt auf dem ARM8 bzw. DSP. In Zukunft werden durch Integration der nun vorgestellten RIC10-Plattform von VRmagic mit ihrer 10GigE-Anbindung auch Hochgeschwindigkeits-Spektralanalysen mit Datenraten bis zu 340 vollfl?chigen hyperspektralen Datenw?rfeln m?glich sein. Die Produktpalette f?r industrielle Anwendungen wird in den n?chsten Jahren weiter ausgebaut.

Tabelle 1 | ?berblick ?ber die spektralen gebenden Produkte der Butterfleye und Firefeye-Kamera-Serie (Bild: Cubert GmbH)

Tabelle 1 | ?berblick ?ber die spektralen gebenden Produkte der Butterfleye und Firefeye-Kamera-Serie (Bild: Cubert GmbH)

 

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