Neuartiges und vereinfachtes hyperspektrales single-shot Abbildungssystem

Es wurde eine neue, kostengünstige Methode zur hyperspektralen single-shot Abbildung entwickelt. Sie basiert auf der Abbildung der Szene auf ein diffraktives optisches Element (DOE), das an die Aufgabe angepasste, relevante Wellenlängen weiterleitet. Durch diese Erfindung müssen keine schwierig herzustellende Mosaik-Filter-Arrays verwenden werden, die Koppelung der räumlichen und spektrale Auflösung bleibt dennoch erhalten.

• Kamera ist an die Aufgabe individuell anpassbar: Die Auswahl beliebiger räumlich-spektraler Muster für eine bestimmte Anwendung ist möglich.
• Das Endprodukt ist im Vergleich zu den derzeitigen Lösungen deutlich kostengünstiger in der Herstellung  

Für alle Systeme mit spektral auflösenden Filtern (SERFAs), die in den Bereichen Landwirtschaft und Lebensmittel, Umweltüberwachung, medizinische Bildgebung, Fernerkundung, Sicherheit und Verteidigung usw. breite Anwendung finden.

Multi- und Hyperspektrale Bildgebungssysteme (HIS) sind für eine Vielzahl von Anwendungen wichtige Technologien. Bei den aktuell kommerziell erhältlichen Produkten werden spektral auflösende Filterarrays (SRFAs) verwendet, die aufgrund ihres komplexen Herstellungsverfahrens sehr teuer sind, wenn sie nicht mit dem Standard-Rot-Grün-Blau-Muster verwendet werden.

Spektral auflösende Filterarrays (SERFAs) haben ein erhebliches Potenzial in der  hyperspektrale Bildgebung, doch ihre Entwicklung steht noch vor einigen Herausforderungen. Ein Haupthindernis sind die komplizierten Design- und Fertigungsanforderungen, die eine zeit- und kostenintensive Präzision erfordern.

Bei der Herstellung muss eine Abwägung zwischen einer höheren spektralen Auflösung und der Beibehaltung der räumlichen Auflösung, da die Vergrößerung der Spektralbänder die zu Lasten der Bildqualität geht, getroffen werden. Insbesondere schwierig ist diese Abwägung bei Anwendungen, bei denen sowohl feine spektrale als auch räumliche Details wichtig sind, wie z. B. bei der medizinischen Bildgebung oder Fernerkundung. Zusätzlich führt die Integration von SERFAs in bestehende Bildgebungssystemen zu Kompatibilitätsprobleme, die eine sorgfältige Prüfung der optischen und elektronischen Schnittstellen notwendig macht um einen nahtlosen Betrieb zu gewährleisten.

Diese Herausforderungen  müssen überwunden werden, um die Fähigkeiten der SERFAs in den verschiedensten Anwendungsbereichen, von der Landwirtschaft und Umweltüberwachung bis hin zur medizinischen Diagnostik und industriellen Inspektion, voll auszuschöpfen

Forscher der Universität Stuttgart haben eine neuartige, kostengünstige und einfache Lösung entwickelt, um diese Herausforderungen zu meistern. Das Funktionsprinzip ist in Abbildung 1 dargestellt. Ein  lithographisch hergestelltes diffraktives optisches Element (DOE), das speziell an die Aufgabe angepasst wurde, wird zusammen mit derAperturblende zur spektralen Filterung verwendet. Ein Prototyp dieser Erfindung wurde bereits entwickelt und erfolgreich getestet.

Tobias Haist, Robin Hahn, Stephan Reichelt, "Diffraction-based dual path multispectral imaging", tm - Technisches Messen 90(7-8), pg. 418, (2023); doi:10.1515/teme-2023-0007 https://doi.org/10.1117/1.OE.61.1.015106