HSI-Analyse durch spektrale Signatur
Eine Analyse mittels Hyperspektral-Imaging (HSI) erweitert die Möglichkeiten der gut etablierten Infrarot-Spektroskopie um eine dritte Dimension. Die hyperspektrale Analyse erlaubt damit, dass chemische und physikalische Materialeigenschaften und/oder Inhaltsstoffe eines Objekts ortsaufgelöst bestimmt werden können.
Bei der HSI-Methode wird von jedem Bildpixel eines Objektes ein komplettes Spektrogramm aufgenommen und ausgewertet. Dadurch wird die zweidimensionale Bildinformation um eine dritte Dimension erweitert.
Wie bei einem Scanner werden die Bilder zeilenweise aufgenommen. Dafür wird die zu untersuchende Probe unter der Hyperspektralkamera verschoben. In jedem erfassten Bildpunkt wird das Spektrum des Messobjektes innerhalb eines definierten Wellenlängenbereichs detektiert.
Spezielle Algorithmen werten die spektralen Signaturen aus und ordnen diese dann qualitativen und quantitativen Eigenschaften der Messobjekte zu.
Im Vergleich zur klassischen Laboranalytik bietet das Hyperspektral-Imaging einen sehr viel geringen Aufwand für die Probenvorbereitung und ist im Betrieb wesentlich günstiger.
Datenauswertung in Echtzeit
Moderne Auswertungsverfahren beruhen auf KI-unterstützten chemometrischen Modellen. Damit wird es möglich, in Echtzeit aus den hochkomplexen Messdaten sehr detaillierte Informationen über das Messobjekt zu generieren (hier z.B. die Zusammensetzung von Bauschutt).
Die kontinuierliche Datenerfassung- und auswertung kann Fremdkörper und/oder Qualitätsabweichungen einzelner Objekte im Produktionsfluss erkennen. Die oft aufwändige und nicht repräsentative Entnahme von Stichproben entfällt.
Beispiel Inline-Prozesskontrolle von Lebensmitteln
HSI-Analytik am Beispiel von Erdbeeren
Erdbeeren sind ein sehr empfindliches Lebensmittel für Lagerung und Transport. Überreife Früchte oder starke Quetschungen des Fruchtgewebes (Druckstellen) führen in der Regel zu Infektionen durch Schimmelpilze. Deren Gifte, sogenannte Mycotoxine, können für Menschen sehr gefährlich sein.
Die hyperspektrale Analyse erlaubt es in Echtzeit den Reifegrad der Früchte (obere Abbildung) zu erkennen (hier dargestellt je dunkler desto reifer).
Mit der gleichen Messung können durch das HSI-Imaging aber auch weitere Parameter bestimmt werden. Die untere Abbildung zeigt die Erkennung von Druckstellen des Fruchtgewebes (hier als dunkle Verfärbungen dargestellt).
Die kontinuierliche Datenerfassung- und auswertung erlaubt, dass im Produktionsfluss die Erkennung von Qualitätsabweichungen einzelner Objekte sichergestellt werden.
weitere Anwendungen von Hyperspektral-Imaging
Automatische Klassifikation von Mikroorganismen
Mit Hilfe hyperspektraler Bildgebung entwickeln wir KI-basierte Klassifikationsmethoden zur schnellen und automatisierten Erkennung klinisch- und lebensmittelrelevanter Keime auf Nährmedien. Dieses Verfahren ermöglicht eine automatisierte Primärablesung und entlastet mikrobiologisches Fachpersonal.
Wirkstoffverteilung in Granulaten und Pulvern
Mit Hilfe hyperspektraler Bildgebung entwickeln wir Methoden zur kontinuierliche Überwachung relevanter Produktparameter während der Granulation sowie nach Abschluss der Tablettierung. Damit können Qualitätsabweichungen schon im Herstellungsprozess erkannt werden.
HSI-Integration in Ihren Betrieb
Mit unseren HSI-Modulen können Objekte von wenigen Mikrometern bis zu 60 cm im Wellenlängenbereich von 400 – 2500 nm analysiert werden.
Unser Labor führt zunächst Voruntersuchungen Ihrer Messobjekte und Materialproben durch. Auf Basis der Ergebnisse konfigurieren wir für Sie ein maßgeschneidertes In-Prozess-System unter Einbindung spezieller KI-basierter Auswertungsverfahren.
Kontakt
Florian Meuche
Abteilungsleiter Geräteentwicklung
Tel. +49 3603 – 833 194