hyperspektrale Scanner

Abbildende Spektrometer, die multispektrale Daten in sehr engen Spektralbändern des sichtbaren Lichts, des nahen und mittleren Infrarots aufzeichnen. Dies unterscheidet sie von konventionellen multispektralen Sensoren, wie Landsat TM oder SPOT XS, welche die von der Erdoberfläche reflektierte Strahlung in sehr breiten und mit sehr wenigen Kanälen aufnehmen.

Die hohe spektrale Auflösung der objektspezifischen spektralen Signaturen in mehr als 15, generell jedoch in 30-200 aneinandergrenzenden Kanälen gestattet die Dokumentation eines nahezu kontinuierlichen Spektrums für jedes Bildelement. Damit können Objekte der Erdoberfläche getrennt und dementsprechend klassifiziert werden, die charakteristische Absorptions- und Reflexionseigenschaften in sehr schmalen Spektralbändern aufweisen und von den konventionellen operationellen Sensorsystemen der Erdbeobachtung nicht aufgelöst werden können. Dies sind Breitbandsensoren, die überdies z.T. nicht benachbart sind. Einige hyperspektrale Sensoren haben zusätzlich multispektrale Kanäle im thermalen Bereich.

Der HyMap™ Hyperspektral-Scanner, installiert in einer Cessna 402 Quelle: NASA

Bis vor einigen Jahren waren hyperspektrale Scanner nur auf Flugzeugplattformen im Einsatz. Zu ihnen zählen AVIRIS, CASI, DAIS 7915, GERIS, MIVIS und der australische HyMap. Die spektrale Abdeckung von HyMap beträgt 450 - 2500 nm bei einer Aufteilung in 128 Spektralbänder, wobei je 32 Bänder auf eines der 4 Sensormodule entfallen. Die räumliche Auflösung des Sensors variiert je nach Flughöhe zwischen 3 m und 10 m,  abhängig von der Flughöhe (2000 - 5000 m). Dieser Sensor wurde ursprünglich für die Prospektion von Bodenschätzen entwickelt, gewann aber immer stärkere Bedeutung in der Umweltüberwachung.

Als erste derartige Sensorsysteme auf Satellitenplattformen gelten MODIS auf EOS/AM-1 (Terra) und Hyperion im Rahmen der Mission EO-1 der NASA.

Seit dem 1. April 2022 ist EnMAP im All, ein deutscher Erdbeobachtungssatellit, der mittels abbildender Spektroskopie die Erdoberfläche diagnostisch charakterisieren und Umweltveränderungen aufzeichnen wird. Das Instrument Hyper Spectral Imager (HSI) auf EnMAP wird mit mehr als 200 Messkanälen im Spektralbereich zwischen 420 und 2.450 nm Daten gewinnen.

Ziel ist das getrennte Aufzeichnen verschiedener teils eng beieinander liegender Lichtfrequenzen (hyperspektral) von der Erdoberfläche. Aus der Analyse dieser Daten lassen sich Informationen u. a. über Vegetations-, Boden- und Wasserparameter ableiten, die wiederum Rückschlüsse auf Veränderungen der Umwelt ermöglichen.

Anwendungsbereiche umfassen unterschiedliche ökologische Fragestellungen und reichen von der Land- und Forstwirtschaft über die Geologie bis hin zur Erforschung von Küsten- und Binnengewässern.