Hyperspektralscanner

Hyperspektralscanner bezeichnet eine Form der Bildgebungs- und Spektralinstrumentierung, die für jeden Bildpunkt einer Szene ein vollständiges Spektrum über ein breites Wellenlängenband erfasst. Im Gegensatz zu herkömmlichen Farbbildern, die wenige Kanäle liefern, entsteht eine hyperspektrale Datenmenge als Datenkube mit zwei räumlichen Dimensionen und einer spektralen Dimension. Typische Sensoren decken dabei Bereiche von visible bis nah- bis kurzwelliger Infrarotstrahlung ab.

Prinzip und Technik: Ein Hyperspektralscanner verwendet Dispersionsoptik oder Interferometrie, um das Spektrum pro Pixel aufzulösen. Abhängig von der Plattform kann das System als Pushbroom-, Whiskbroom- oder Snapshot-Konfiguration arbeiten. Die erzeugte Datenmenge enthält hunderte bis über tausend schmale Spektralbänder, wobei jedes Pixel eine detaillierte spektrale Signatur besitzt. Zur Nutzung müssen die Daten oft radiometrisch, geometrisch und spektral kalibriert sowie atmosphärisch korrigiert werden.

Datenverarbeitung und Anwendungen: Die Rohdaten erfordern umfangreiche Verarbeitung, etwa Rauschreduktion, Umwandlung in Reflexions- oder Transmissionswerte, Endmitgliedextraktion, spektrale Unmixing-Verfahren und Klassifikationen. Typische Anwendungen liegen im Fernerkundungsbereich: Landwirtschaftliche Ressourcenanalyse, Bestimmung von Bodennutzen und Mineralien, Überwachung von Umweltparametern, Vegetationsgesundheit, Wasserqualitätsbewertung und archäologische Untersuchungen. In Sicherheits- und Militäranwendungen kommen spektrale Identifikation von Materialien und Täuschungs-/Aufklärungsaufgaben zum Einsatz.

Herausforderungen: Der Hauptvorteil – detaillierte materialbezogene Informationen – geht mit großen Datenvolumina, hohen Rechenanforderungen und komplexen Kalibrieranforderungen einher. Grenzen ergeben sich aus Räum- und Spektralauflösung, atmosphärischen Effekten sowie Kosten von Sensorik und Betrieb.