Bilderkennung mit 130 Grundfarben in Echtzeit
Neue Software kann die großen Datenmengen von Hyperspektralkameras in Echtzeit auswerten.
Kameras mit Hyperspektralsensoren sehen mehr als das menschliche Auge. Im Gegensatz zur Netzhaut, die nur drei Farbrezeptoren für Rot, Grün und Blau hat, erzeugen sie pro Bildpixel 130 verschiedene Farbwerte. Unterschiedliche Materialien lassen sich mit dieser hohen farblichen Auflösung anhand ihres individuellen Farbspektrums einwandfrei auseinanderhalten – auch wenn sie für das menschliche Auge gleich erscheinen.
Mit der Auswertesoftware SpectralFinder lassen sich Kunstrasen (links) und natürliche Vegetation (rechts) in Echtzeit auseinanderhalten. (Bild: Fh.-IOSB)
Die hyperspektrale Technik kommt überall dort zum Einsatz, wo Oberflächen genau untersucht werden müssen: zum Beispiel bei der Suche nach Bodenschätzen, der Qualitätskontrolle in der Produktion oder der Lebensmittelfertigung sowie dem Umweltmonitoring aus der Luft. Die aktuell verfügbaren Systeme verarbeiten die großen Mengen an digitaler Bildinformation jedoch nur sehr langsam. Bei Hyperspektral-Videokameras kann das bis zu einem Gigabyte pro Minute sein. Oft hinkt die Auswertung nach oder ist schlichtweg nicht möglich.
Das Fraunhofer-Institut für Optronik, Systemtechnik und Bildauswertung (IOSB) stellt auf der Cebit vom 10. bis 14. März in Hannover den Spectralfinder vor – eine Software, die große hyperspektrale Datenmengen mobil erfassen und in Echtzeit auswerten kann. Die direkte Auswertung ist eine zwingende Voraussetzung etwa für die Fließbandfertigung. Die Technologie erstellt aus den spektralen Daten der Kamera ein 130-kanaliges Bild der Oberfläche. „Man kann sich das wie eine Landkarte vorstellen, auf der Seen, Städte, Straßen, Felder und Berge farblich unterschiedlich eingezeichnet sind“, beschreibt Caroline Stolka, Mitarbeiterin der von Wolfgang Middelmann geleiteten Forschergruppe. Klickt der Nutzer am Monitor auf einen der Bildbereiche, zeigt ein Algorithmus sofort an, wo sich ähnliche Oberflächen auf den Livebildern befinden. Das geschieht, indem die Software die 130 Farbwerte des angeklickten Bildbereichs mit denen der restlichen Bildpixel vergleicht und diejenigen Flächen anzeigt, deren Farbwerte am besten übereinstimmen. „Das funktioniert auch, wenn sich die Kamera oder das Objekt bewegen. Die Materialien lassen sich bereits klassifizieren, während die Daten noch erhoben werden“, so Stolka.
Die Technik liegt als Prototyp vor, mögliche Anwendungsszenarien haben die Forscher erfolgreich im Labor getestet. In das Gesamtsystem sind die Hyperspektralkamera und der Auswertecomputer mit der Spectralfinder-Software integriert, es ist so kompakt, dass es in der Hand gehalten werden kann. „Diese Art, das Material mobil zu detektieren und zu klassifizieren, bietet einen hohen Nutzen in den unterschiedlichsten Bereichen, zum Beispiel dem Umweltmonitoring am Boden und aus der Luft“, so Middelmann. Bei der Datenanalyse wird das System von einer angeschlossenen Materialdatenbank unterstützt. Mögliche Anwendungen in der Fernerkundung liegen im schnellen Aufspüren von Verschmutzungen, Schädlingsbefall von Nutzpflanzen oder im Hochwasserschutz.
Auf der Cebit wird der Spectralfinder auf dem Gemeinschaftsstand der Fraunhofer-Gesellschaft vorgestellt. Die Wissenschaftler bieten ihre Technologie auch in einem virtuellen Labor an. Ein erstes Szenario ist ebenfalls auf der CeBIT zu sehen.
FhG / MD
