Hyperspektralbild

Engl. hyperspectral image, franz. image hyper spectrale; nach DIN 18716 das "Ergebnis der gleichzeitigen Aufnahme des gleichen Geländes in einer Vielzahl schmalbandiger Spektralbereiche".

Die hyperspektrale Bildgebung erzeugt ein Bild, bei dem die Reflexion von jedem Pixel in vielen engen, zusammenhängenden Wellenlängenintervallen gemessen wird. Ein solches Bild liefert detaillierte spektrale Signaturen für jedes Pixel. Diese Signaturen liefern oft genug Informationen, um das/die in den Pixeln vorhandene(n) Material(ien) zu identifizieren und zu quantifizieren.

Dementsprechend sind die Hauptunterschiede zwischen der panchromatischen, multispektralen und hyperspektralen Datenerfassung die Breite und Anzahl der Aufnahmebänder. Während panchromatische Sensoren mit einem einzigen breiten Aufnahmeband arbeiten, besitzen Multi- und Hyperspektralinstrumente zur Steigerung der spektralen Auflösung eine größere Anzahl schmalerer Aufnahmekanäle. Hyperspektralsensoren können dabei bis zu mehreren hundert dicht nebeneinanderliegende Aufnahmebänder aufweisen.

Mit derartigen Instrumenten kann ein kontinuierliches Spektrum und damit eine Art „spektraler Fingerabdruck“ von Objekten aufgenommen werden. Dadurch können beispielsweise verschiedene Arten von Vegetation und unterschiedliche Bodenbeschaffenheiten anhand ihrer charakteristischen Absorptions- und Reflexionseigenschaften differenziert werden. Dabei ist die Informationsdichte so hoch, dass beispielsweise die Unterscheidung von Pflanzengesellschaften, mitunter auch einzelner Pflanzenarten oder Gesteinszusammensetzungen aus mehreren hundert Kilometern Entfernung möglich ist. Zudem kann anhand der Reflexionseigenschaften im Infrarotbreich der Gesundheitszustand von Vegetation erfasst werden: Gesunde Pflanzen produzieren den Blattfarbstoff Chlorophyll, der im Vergleich zum Bereich des sichtbaren (und insbesondere grünen) Lichts im Infrarotbreich sechsmal stärker reflektiert.

Die luftgestützte Hyperspektralmessung wird mit bildgebenden Spektrometern durchgeführt, die z.B. in Helikoptern oder in kleinen zweimotorigen Flugzeugen montiert sind. Die Flugrouten werden so geplant, dass sich benachbarte Streifen überlappen, um eine vollständige Bodenbedeckung zu gewährleisten. Jeder Streifen besteht aus aufeinanderfolgenden Scanlinien, die vom Scanner entlang der Fluglinie erfasst werden. Hyperspektrale Vermessungen erfassen daher Bilder von der Erdoberfläche in engen, zusammenhängenden Wellenlängenabschnitten oder Spektralbändern, um einen Datenwürfel zu erstellen, aus dem von jedem Pixel im Bild diagnostische Spektren gewonnen werden können.

Hyperspektrale Datengewinnung Quelle: BGR

Hyperspektrale Bildgebungssysteme werden in verschiedenen Bereichen wie Mineralogie, Biologie, Verteidigung und Umweltwissenschaften eingesetzt und vor allem in der geographischen Fernerkundung. Hyperspektraldaten werden dabei zumeist nicht zur direkten Betrachtung verwendet. Vielmehr werden sie in komplexen mathematischen Verfahren, gemeinsam mit anderen Datenquellen, ausgewertet und verschnitten. Die daraus resultierenden Informationen über eine Eigenschaft der aufgenommenen Fläche können anschließend in thematischen Karten, beispielsweise Biotoptypenverteilungen, dargestellt werden.