Hyperspektral-Bildverarbeitung schafft neue Möglichkeiten
Konventionelle Bildverarbeitungssysteme suchen mit Parametern wie Größe, Form und Farbe nach Fehlern oder Verunreinigungen in den Objekten, die auf ihre Qualität überprüft werden sollen. Systeme, die auf Basis der hyperspektralen Bildverarbeitung (HSI: Hyperspectral Imaging) arbeiten, gehen einen anderen Weg: Sie ermöglichen eine spektrale Analyse der inspizierten Materialien und die farbliche Kennzeichnung der erkannten Stoffe. Auf diese Weise können sowohl organische als auch anorganische Verunreinigungen mit ein- und demselben System festgestellt werden.
Dieser Technologie kann beispielsweise in der Food-Branche das Auffinden von Verunreinigungen in Lebensmitteln erleichtern. Selbst in Hochgeschwindigkeits-Fertigungslinien identifizieren Hyperspektral-Bildverarbeitungssysteme Fremdkörper wie Schalenteile oder andere Stoffe bei der Herstellung von Nüssen, erkennen Steine oder Erde bei der Sortierung von Kartoffeln, klassifizieren Fleisch-, Fett-, und Knorpelanteile in der Fleischproduktion oder identifizieren Stoffe, die für den Menschen auf den ersten Blick kaum Unterschiede aufweisen, wie es z.B. bei Zucker, Salz und Zitronensäure der Fall ist.
Jelly Beans - aufgrund unterschiedlicher Formen und Farben, aber ähnlicher Dichte, können nichtmetallische Fremdkörper mit konventionellen Methoden schwer identifiziert werden.
Mit hyperspektraler Bildverarbeitung werden Verunreinigungen kenntlich.
Mehr als 100 Wellenlängen
Hyperspektrale Bildverarbeitung unterscheidet sich von Bildverarbeitung im sichtbaren, im Ultraviolett- oder im Infrarot-Bereich vor allem dadurch, dass zur Analyse der Ergebnisse häufig mehr als 100 verschiedene Wellenlängen verwendet werden. Erforderlich ist dafür in Abhängigkeit von der eingesetzten Technologie ein Spektrograph, der das Licht in sein Spektrum zerlegt und auf den Sensor der eingesetzten Kamera abbildet. Diese Bilder werden zu einem dreidimensionalen hyperspektralen Datenwürfel zusammengesetzt, der sehr große Datenmengen enthalten kann.
Auf diese Weise entsteht ein „chemischer Fingerabdruck“ des abgebildeten Stoffes, der eine exakte Analyse der Prüfobjekte zulässt. Eine spezielle Auswertesoftware ermöglicht dabei eine eigene Farbkennzeichnung jedes festgestellten chemischen Bestandteils im aufgenommenen Bild.
So können sogar die unterschiedlichen chemischen Zusammensetzungen sehr ähnlich aussehender Stoffe sicher erkannt und dargestellt werden. Auch chemisch identische Stoffe in unterschiedlich aussehenden Objekten lassen sich mit Hilfe von HSI-Systemen bestimmen.
Gerhard Stanzel, Technology Specialist Spectral Imaging, STEMMER IMAGING
Prüfung durch die Verpackung hindurch
Für diverse Anwendungen von Hyperspektralsystemen ist ein Aspekt dieser Technologie besonders interessant: Infrarot-Licht kann bestimmte Stoffe durchdringen, die für sichtbares Licht nicht transparent sind. Diese Eigenschaft kann man daher nutzen, um die chemische Zusammensetzung von verpackten Inhalten selbst durch eine entsprechend ausgelegte Verpackung hindurch zu prüfen.
Stanzel nennt als Beispiel einer konkreten Anwendung aus dem Lebensmittelbereich die Kontrolle von Siegelnähten an Käseverpackungen bei der Privatkäserei Bergader: „Solche Siegelnähte sorgen für eine absolut dichte Verpackung von Lebensmitteln wie Käse oder Wurst. Schon kleinste Verunreinigungen oder Beschädigungen können zu undichten Verpackungen und damit zum Verderben der Lebensmittel vor dem errechneten Mindesthaltbarkeitsdatum führen. Mögliche Folgen sind dann unverkäufliche Produkte oder teure Rückrufaktionen.“
Für den Käsehersteller Bergader realisierte Minebea Intec, ein führender Hersteller von Wäge- und Inspektionslösungen, mit Unterstützung von STEMMER IMAGING ein System zur Siegelnahtinspektion auf Basis eines Hyperspektralsystems, das mit einer Taktgeschwindigkeit von rund 145 Untersuchungen pro Minute eine nahezu 100%ige Sicherheit bei der Erkennung von Siegelnahtfehlern erzielt.
Breites HSI-Angebot
Das Hyperspektral-Angebot des Unternehmens umfasst jedoch noch erheblich mehr, erklärt Stanzel: „Auf der Hardwareseite arbeiten wir mit einer Reihe von Herstellern zusammen, die geeignete Beleuchtungen, Optiken und Kameras speziell für den Einsatz in HSI-Anwendungen entwickelt haben. Bezüglich der Software ermöglicht es die intuitive Benutzeroberfläche Perception Studio des Grazer Unternehmens Perception Park Anwendern, selbstständig Hyperspektralapplikationen zu entwickeln und zu konfigurieren, ohne über Spezialkenntnisse in Chemometrie, Spektroskopie oder hyperspektraler Datenverarbeitung verfügen zu müssen.“ Die Leistungsfähigkeit dieser Software-Plattform hat STEMMER IMAGING im Herbst 2018 dazu veranlasst, sich an diesem innovativen und als Software-Pionier im Bereich Hyperspectral Imaging geltenden Unternehmen zu beteiligen.
„Auf Basis unseres Hard- und Softwareangebots für die hyperspektrale Bildverarbeitung sowie durch umfassende Supportmöglichkeiten wie unter anderem die Durchführung von Machbarkeitsstudien oder spezielle Schulungen ist STEMMER IMAGING in der Lage, genau auf den jeweiligen Anwendungsfall zugeschnittene Hyperspektralsysteme und Unterstützung bei deren Realisierung anzubieten“, fasst Stanzel zusammen. „Unsere Kunden finden hier somit alle Optionen, um innovative Lösungen mit dieser hochspannenden Technologie zu erstellen.“
