Neue Generation Hyperspektraler Kameras

Bild 2 | Vergleich der spektralen Empfindlichkeitskurven der alten (o.) und neuen (u.) Hyperspectral-Sensorgeneration. (Bild: Ximea GmbH / Imec)

Bild 2 | Vergleich der spektralen Empfindlichkeitskurven der alten (o.) und neuen (u.) Hyperspectral-Sensorgeneration. (Bild: Ximea GmbH / Imec)

Die Formel liefert jeweils für mehrere Wellenlängen Lösungen, den verschiedenen Harmonien. Beim Einsatz in den Kameras ist es jedoch sinnvoll, die Wellenlängen, die den Sensor erreichen, eindeutig zu identifizieren, um das Spektrum korrekt abbilden zu können.

Zahlreiche technische Verbesserungen

In den xiSpec2 Kameras werden neue Sensoren und neu entwickelte Bandpass-Filter genutzt, die genau auf die Sensoren abgestimmt sind. Diese unterstützen einen jeweils möglichst großen Wellenlängenbereich, und zwar sicher ohne zweite Harmonien. Das Produktionsverfahren der Sensoren wurde so weit verbessert, dass nun Overlaps und Gaps zwischen verschiedenen Bändern im unterstützten Wellenlängenbereich vermieden werden (Bild 2). Die Peaks sind weitestgehend äquidistant über den aktiven Wellenlängenbereich verteilt. Außerdem kann die Position eines Bandes mit hoher Genauigkeit reproduziert werden (Abweichung <=1%, Bild 3).

Die Harmoniefunktion zeigt die Abhängigkeit der Peak-Wellenlänge auch vom Lichteinfallswinkel. Für den Einsatz der xiSpec2 Kameras werden daher Objektive empfohlen, die einen Winkel unter 5° gewährleisten. Ideal sind sensorseitig telezentrische Linsen.

Analysen während der Entwicklung der xiSpec2 Kameras haben gezeigt, dass auch die Innenseiten der Kameras einen erheblichen Einfluss auf die spektralen Ergebnisse haben. Wellenlängen im NIR-Bereich wurden teilweise stark im Gehäuse gestreut und konnten damit die Messergebnisse stören. Daher wurden die Innenflächen der Kameragehäuse optimiert, um Streulicht zu verhindern, was zu einer signifikanten Verbesserung der spektralen Ergebnisse führte. Während des Herstellungsprozesses werden zudem die Sensoren, Bandpassfilter und die gesamte Kamera (in Einheit mit den empfohlenen Objektiven) kalibriert. Das Ergebnis sind Kameras, die eingemessen als spektrales Messinstrument eingesetzt werden können. Jeder Kamera liegt ein Messprotokoll bei, das den Vergleich von Spektralkurven der Kamera mit einem hochauflösenden Punktspektrometer aufzeigt (Bild 4). Zur Messung werden genormte Farbmess-Karten genutzt.

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Ximea GmbH

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