abbildende Spektrometer

Engl. imaging spectrometer, franz. spectromètre imageant; Klasse abbildender Sensoren zur Erfassung der örtlichen und spektralen Verteilung der elektromagnetischen Strahlung. Sie können in bis zu weit über hundert verschiedenen Spektralbändern gleichzeitig aufnehmen. Ein abbildendes Spektrometer verbindet die Aufnahme von Bilddaten mit der Messung der spektralen Zusammensetzung der Strahlung.

Abbildende Spektrometer arbeiten ohne mechanische Scaneinheit. Statt dessen wird auf einem zweidimensionalen Detektorarray (meist CCD) die Rauminformation in Cross-Track-Richtung auf einer Dimension des Arrays und die spektrale Information auf der zweiten Dimension des Arrays abgebildet; die Rauminformation in Flugrichtung entsteht durch die Bewegung des Satelliten.

Lange Zeit wurden die meisten abbildenden Spektrometer von Flugzeugen aus eingesetzt (CASI, HyMap, etc.). Pionier im All war der seit 1996 betriebene Modulare Optoelektronische Scanner (MOS) des DLR. Es folgten SeaWIFS, MODIS (beides eigentlich Radiometer mit mechanischem Scanspiegel, im Amerikanischen aber meist als 'imaging spectrometer' bezeichnet) und MERIS auf ENVISAT.

Typischer Aufbau eines abbildenden Spektrometers Quelle: M. Schäfer, Universität Leipzig (2016)

Die Fernerkundung erfährt derzeit einen enormen Aufwind durch technische Innovationen im Bereich der hyperspektralen Sensorik für Anwendungen in der abbildenden Spektroskopie. Hierzu zählen: Abbildende Spektroskopie in Echtzeit für den sichtbaren (VIS: 0,35 µm – 0,7 µm), den nah-infraroten (NIR: 0,7 µm  – 1,1 µm), den kurzwellig-infraroten (SWIR: 1,1 µm – 2,5 µm) und den thermal-infraroten (TIR: 3 µm  – 15 µm) Wellenlängenbereich sowie innovative Entwicklungen bei hyperspektralen Videokameras und UAV-basierten (Fernerkundung mittels Drohnen) Hyperspektralkameras. Außerdem kommen derzeit hochpräzise, tragbare und batteriebetriebene und somit mobil einsetzbare hyperspektrale Spektrometer für den VIS, NIR, SWIR und TIR auf den Markt (Mobile Mapping).

Primäre Einsatzmöglichkeiten sind dabei Forschung und Entwicklung für Geo-, Hydro- und Biowissenschaften mit steigenden Anforderungen und Interessen in der Landwirtschaft (Precision Farming / Precision Agriculture).