Multispektrale Dateninterpretation

Bei der 3D-Vermessung von Objekten ermöglicht eine multispektrale Analyse es in vielen Fällen, dem Objekt zusätzlich zur reinen Geometrie weitere Parameter zuordnen zu können. Hierbei wird ausgenutzt, dass jedes Material einen eindeutigen spektralen Fingerabdruck besitzt. Das heißt, dass Licht unterschiedlicher Farbe von Objekten mit verschiedenen Oberflächeneigenschaften unterschiedlich stark absorbiert wird. Für die multispektrale Analyse nutzen wir entweder passive Systeme, also Kameras mit entsprechenden Farbfiltern, oder aktive Systeme, also Laserscanner mit Laserstrahlen verschiedener Wellenlängen. Die Analyse eines multispektralen Signals erlaubt beispielsweise Aussagen über den Gesundheitszustand von Pflanzen, ermöglicht die Unterscheidung von Eis und Wasser und macht Feuchtigkeit in Räumen sichtbar.

Oberflächenfeuchte zuverlässig detektieren

Ein gutes Beispiel ist Wasser: Während es im sichtbaren Spektralbereich transparent ist, weist es im nahen Infrarot (NIR) bei den optischen Wellenlängen von 1450 nm und 1950 nm starke Absorptionen auf. Diese Eigenschaft kann gezielt zur Identifikation von Wasser genutzt werden. Hierzu verwenden wir die Differenzielle Optische Absorptionssektroskopie (DOAS). DOAS ist gängige Praxis beispielsweise zur Feuchtigkeitsbestimmung in Lebensmitteln. Zwei kollinear ausgesendete Laserstrahlen unterschiedlicher Wellenlänge tasten die Objektoberfläche ab. Die Strahlen werden sehr spezifisch von Wasser absorbiert. Mit 1450 nm Wellenlänge ist der Messstrahl entsprechend der Absorptionsbande von Wasser gewählt. Der zweite Laser mit 1300 nm Wellenlänge liegt außerhalb dieser Absorptionsbande und dient als Intensitätsreferenz. Der Feuchtewert ergibt sich aus der Intensitätsanalyse der beiden Signale. Die aufgezeichneten Intensitätswerte beider Wellenlängen werden auf die Soll-Intensitäten eines idealen trockenen Ziels mit einem lambertianischen Streuverhalten und einem Reflexionsvermögen von ca. 90 Prozent normiert. Dadurch wird es möglich, auch zwischen verschiedenen Feuchtewerten (z. B. stark, mittel, schwach) sehr präzise zu differenzieren und die Verringerung der Gesamtintensität durch Materialveränderungen, Farbe, Schmutz usw. zu berücksichtigen.

Erkennung und Zustandskontrolle von Pflanzen

Auch Pflanzen verfügen über einen besonderen spektralen Fingerabdruck. Sie zeigen üblicherweise die sogenannte Grünlücke. Pflanzen absorbieren aufgrund des starken Chlorophyll-Gehalts im grünen Spektralbereich sehr schwach, während die Absorption im Blauen und Roten stark ist. Deshalb erscheinen uns Pflanzen grün. Zudem zeigen sie eine Besonderheit in der Reflexion von Licht: So wird rotes Licht besonders schwach reflektiert, während Licht im nahen infrarot (NIR) stark reflektiert wird. Je gesünder die Pflanze, desto stärker die Reflexion im NIR. Durch die Bildung des Verhältnisses der gemessenen Reflexion kann also der Gesundheitszustand einer Pflanze gut bestimmt werden. Je nach Pflanzenart ist die Reflexion jedoch leicht im Wellenlängenbereich verschoben oder die charakteristische Reflexion im Blauen oder Grünen ist ausgeprägter. Deshalb haben sich eine Vielzahl von Vegetationsindizes verbreitet, wobei die ideale Wahl des passenden Index von der Pflanzenart abhängt.