Hyperspektrale Bildgebung: Ein Überblick über Best Practices, Leistung und Fallstricke für Inline- und Online-Anwendungen

Ziel dieses Papiers ist es, einen umfassenden Überblick über Best Practices in der hyperspektralen Bildgebung zu geben. Das Papier beginnt mit der Überprüfung der Taxonomie der verschiedenen spektralen Bildgebungstechniken zusammen mit ihren Vor- und Nachteilen. Die angemessene Auswahl von Kameras und Spektrographen sowie deren Merkmale werden erörtert, und es wird eine detaillierte Beschreibung gegeben, wie ein Pushbroom-Bildgebungssystem für Online- und Inline-Kontrollen qualifiziert und kalibriert werden kann. Besonderes Augenmerk wird auf die Erkennung und Vermeidung von spekularer Reflexion gelegt, die die Quantifizierung der spektralen Antwort erheblich verzerren kann. Empfehlungen für eine ideale lambertsche Beleuchtung werden gegeben, und die Auswirkungen von Streuung und Absorption werden diskutiert, wenn partikuläre Systeme untersucht werden. Hierbei werden grundlegende Prinzipien eingeführt und Strategien entwickelt, wie man Streuung von Absorption trennen kann. Eine einfache Methode, die den Kubelka-Munk-Ansatz verwendet, wird untersucht und getrennte Streu- und reine Absorptionsspektren werden dargestellt. Das gleiche Verfahren wird angewendet, um die laterale Verteilung der getrennten Streu- und Absorptionseigenschaften eines aktiven pharmazeutischen Wirkstoffs, der in einem Hilfsstoff eingebettet ist, zu zeigen. Die Begriffe Eindringtiefe und Informationstiefe werden diskutiert, und ein Beispiel für das Eindringtiefeprofil über Wellenlängen wird bereitgestellt. Basierend auf einem qualitativ hochwertigen optischen Setup und einem validierten Messverfahren wird ein praktisches Verfahren zur Analyse des Datenwürfels unter Verwendung des Chemometrie-Toolboxes für hyperspektrale Bildgebung beschrieben. Abschließend zeigt eine Umfrage zu ausgewählten Anwendungen das zukünftige Potenzial der hyperspektralen Bildgebung.