Was ist Hyperspektralanalyse?
Die Hyperspektralanalyse ist ein Messprozess, der von der Identifizierung und visuellen Darstellung der reflektierten Strahlung aus einem weiten Bereich des elektromagnetischen Spektrums abhängt. Dieser Bereich des reflektierten Lichts umfasst ansonsten unsichtbare Wellenlängengruppen wie Infrarot- und Ultraviolettstrahlung. Grundlage der Hyperspektralanalyse ist die physikalische Eigenschaft aller Materialien, Licht aus diesen Spektralbereichen sehr spezifisch und messbar zu reflektieren. Diese einzigartigen elektromagnetischen Signaturen werden von Hyperspektralsensoren gelesen und visuell auf einem Display angezeigt oder ausgelesen. Diese Ablesungen oder Bilder sind als geschichtete dreidimensionale "Würfel" strukturiert, die eine hochgenaue Analyse der Zusammensetzung des gescannten Materials ermöglichen.
Jedes Material reflektiert sichtbares Licht auf einzigartige und identifizierbare Weise. Die Art und Weise, wie dieses reflektierte Licht betrachtet oder gesammelt wird, gibt allen Objekten ihre spezifischen Farben und Oberflächenstrukturen. Es ist jedoch nicht nur sichtbares Licht, das gezielt reflektiert wird. Licht aus Bereichen des elektromagnetischen Spektrums, die für das menschliche Auge nicht sichtbar sind, wird von verschiedenen Materialien ebenfalls auf sehr spezifische Weise reflektiert. Das von diesen Spektrumsscheiben reflektierte Licht, insbesondere Ultraviolett- und Infrarotlicht, kann von speziellen Sensoren gelesen und gestapelt oder geschichtet werden, um eine schöne grafische und genaue Darstellung der Materialzusammensetzung zu erhalten.
Diese Hyperspektralsensoren und die einzigartigen dreidimensionalen Bilder, die sie erzeugen, bilden den Kern der Hyperspektralanalyse. Die hyperspektralen "Signaturen" für die meisten Materialien sind bekannt, und dies ermöglicht es Analysten, die genaue Zusammensetzung jedes gescannten Materials genau zu identifizieren. Die Technologie erleichtert die Arbeit bei Aktivitäten wie der Mineralexploration, die zuvor schwierig und zeitaufwendig waren. Hyperspektralsensoren in Flugzeugen können in kurzer Zeit unglaublich detaillierte mehrdimensionale Modelle großer Landstriche erstellen. Diese Modelle bestehen aus Schichten, die eine bestimmte reflektierte Wellenlänge darstellen und eine breite Auswahl an Materialidentifikationen bieten.
Die Technologie hat viele Anwendungen, die über die offensichtlichen Anwendungen in der Geologie und Mineralogie hinausgehen. Die Landwirtschaft kann beispielsweise von einer Hyperspektralanalyse profitieren, da die erzeugten Bilder Nährstoffe und Wasserstände in den Erntemengen anzeigen können. Das Vorhandensein von pathogenen tierischen Proteinen im Tierfutter kann auch mittels hyperspektraler Bildgebung nachgewiesen werden. Auf diese Weise hilft die Bildgebung, Umstände wie Rinderwahnsinn zu vermeiden.
Auch in den Bereichen Militär und Strafverfolgung wird die Hyperspektralanalyse in erheblichem Umfang eingesetzt. Hyperspektrale Bilder können Forschern beispielsweise helfen, kürzlich ausgegrabene Gräber oder vergrabene Artefakte zu identifizieren. Mit der gleichen Funktionalität können auch unterirdische Standorte in militärischen Anwendungen identifiziert werden. Mit der hyperspektralen Bildgebung können Soldaten auch Truppenbewegungen verfolgen und zwischen Tarnfarbe und lebender Vegetation unterscheiden. Diese Technologie wurde auch häufig in humanitären Projekten zur Identifizierung alter Minenfelder und Waffenlager verwendet.