Hyperspektrale Bildgebung in der industriellen Bildverarbeitung
In der Lebensmittelindustrie stehen Unternehmen vor einem tiefgreifenden Wandel: Der Druck, jederzeit gesetzeskonform, rückverfolgbar und hochqualitativ zu produzieren, steigt kontinuierlich. Konventionelle Kontrollmethoden wie manuelle Sichtprüfung, RGB-Kameras oder Röntgenanalysen stoßen dabei an ihre Grenzen. Unsichtbare Fremdkörper wie Weichplastik oder organische Kontaminationen, minimale Reife- oder Texturunterschiede sowie fehlerhafte Chargen können so unentdeckt bleiben. Rückrufaktionen verursachen nicht nur finanzielle Schäden in Millionenhöhe, sondern gefährden auch nachhaltig das Vertrauen in Marke und Produkt. Gleichzeitig wachsen die Anforderungen an Prozesssicherheit, Geschwindigkeit und Automation. In diesem Spannungsfeld liefert die hyperspektrale Bildgebung (HSI) eine entscheidende Lösung: Sie erkennt das, was für das menschliche Auge und herkömmliche Technik unsichtbar bleibt, und sichert Qualität und Produktsicherheit auf molekularer Ebene – automatisiert, in Echtzeit und prozessintegriert.
Auch in vielen anderen Industriebranchen stoßen etablierte Bildverarbeitungssysteme an ihre Grenzen. Ob in Recyclinganlagen, bei der Farbmessung in der Produktion, in der Überwachung von Oberflächenbeschichtungen, in der Kunstrestaurierung, in der forensischen Spurensicherung oder in der allgemeinen Qualitätssicherung – überall kämpfen Entscheider mit ähnlichen Herausforderungen. Kleine Qualitätsabweichungen oder Fremdmaterialien bleiben mit herkömmlichen Methoden oft unentdeckt. Fehlklassifizierungen von Materialien sind an der Tagesordnung, wenn sich unterschiedliche Stoffe optisch ähneln. Die Folgen reichen von ineffizienten Prozessen und hohem Ausschuss bis hin zu kostspieligen Produktrückrufen und Imageschäden. Vor diesem Hintergrund gewinnt die hyperspektrale Bildgebung (HSI) rasant an Bedeutung. Sie verspricht, das Unsichtbare sichtbar zu machen und eröffnet eine neue Ära der industriellen Bildverarbeitung, in der Qualität und Sicherheit auf ein nie dagewesenes Niveau gehoben werden können.
Grenzen konventioneller Bildverarbeitungssysteme
Traditionelle Inspektionsmethoden wie RGB-Kameras, Nahinfrarot-Sensoren (NIR) oder Röntgenscanner stoßen in komplexen Prüfaufgaben häufig an physikalische Limitierungen. Ein RGB-System erfasst lediglich drei breite Farbkanäle im sichtbaren Licht – feine spektrale Unterschiede entgehen ihm vollständig. NIR-Sensoren oder einfache Spektralfilter liefern zwar einzelne zusätzliche Wellenlängenbänder, doch auch sie können die chemische Zusammensetzung eines Objekts nicht wirklich analysieren. Röntgensysteme wiederum erkennen hauptsächlich Dichteunterschiede; Fremdkörper mit ähnlicher Dichte wie das Grundmaterial bleiben oft unsichtbar.
In der Lebensmittelindustrie ergibt sich die besondere Problematik, dass Qualitätssicherung unter wachsendem regulatorischem und gesellschaftlichem Druck steht. Fremdkörper wie Weichplastik, Holzsplitter oder Insekten sind mit RGB-Kameras oder Röntgensystemen nur schwer zu erfassen – insbesondere wenn sie farblich an das Produkt angepasst oder in der Dichte ähnlich sind. Konventionelle Systeme übersehen häufig kritische Kontaminationen, was zu Rückrufaktionen führt, die nicht nur hohe Kosten, sondern auch nachhaltige Imageschäden verursachen. Die Herausforderung wird durch die steigende Nachfrage nach unverarbeiteten, „clean label“-Produkten zusätzlich verschärft: Hier ist eine visuelle Prüfung besonders unzuverlässig, da das menschliche Auge und RGB-basierte Technik rasch an ihre Grenzen stoßen.
In der Recyclingindustrie steht nicht nur die Wirtschaftlichkeit, sondern zunehmend auch die Umweltverantwortung im Fokus. Sortieranlagen sollen Plastik, Textilien, Holz und Metalle sortenrein trennen, um Kreisläufe zu schließen und Ressourcen zu schonen. Doch viele Materialien sind farblich kaum unterscheidbar – etwa schwarzes Polypropylen gegenüber schwarzem Polyethylen – oder mit Verbundstoffen kontaminiert. Die Folge sind Störstoffe in Materialströmen, die das Downcycling begünstigen oder ganze Chargen unbrauchbar machen. Eine fehlerhafte Sortierung bedeutet hier nicht nur wirtschaftlichen Verlust, sondern verhindert ökologisch sinnvolle Verwertungswege.
Hyperspektrale Bildgebung macht das Unsichtbare sichtbar
Hier setzt die hyperspektrale Bildgebung (HSI) an und verändert den Spielverlauf grundlegend. HSI vereint die bewährte Spektroskopie mit moderner Kameratechnik: Anstatt nur drei Farbpunkte misst eine HSI-Kamera das vollständige Reflexionsspektrum jedes einzelnen Bildpixels – oft in hunderten schmalbandigen Kanälen. Dadurch erhält man für jeden Punkt eines Objekts einen einzigartigen spektralen Fingerabdruck, der direkt mit der Materialzusammensetzung verknüpft ist. Unterschiede, die im sichtbaren Bild verborgen bleiben, treten im Spektralprofil deutlich zutage. Verschiedene Materialien absorbieren und reflektieren Licht nämlich jeweils auf charakteristische Weise. HSI macht sich dieses Prinzip zunutze, um chemische und physikalische Unterschiede sichtbar zu machen, selbst wenn zwei Objekte für das Auge identisch aussehen.
Funktionaler Nutzen: Mehr als nur Sehen
Die einzigartigen Fähigkeiten der HSI-Technologie übersetzen sich in handfeste funktionale Vorteile für verschiedenste Anwendungen. Zum einen ermöglicht HSI eine Materialklassifikation in Echtzeit. Jede Substanz – sei es Kunststoff, Metall, organisches Material, Pigment oder Beschichtung – weist ein charakteristisches Spektralmuster auf. Moderne HSI-Systeme erkennen diese Muster blitzschnell mit Hilfe von KI-Algorithmen und können dadurch Materialien sortenrein trennen oder Objekte eindeutig identifizieren.
In der Lebensmittelproduktion ist HSI daher nicht nur ein Effizienztreiber, sondern ein zentrales Element zur Prozesssicherheit. Durch die Fähigkeit, bereits vor dem Verpacken unsichtbare Kontaminationen oder Reife- und Gärunterschiede zu erkennen, lassen sich Produktionsrisiken frühzeitig eliminieren. Zudem erlaubt die Technologie die permanente Überwachung der Produktkonsistenz – etwa bei der Prüfung von Fettgehalt, Wasseranteil oder Zuckerprofil. Damit wird Qualität nicht stichprobenartig geprüft, sondern inline und kontinuierlich abgesichert. Für Hersteller bedeutet das: weniger Reklamationen, stabilere Prozesse und eine deutlich gesicherte Einhaltung regulatorischer Anforderungen – bei gleichzeitiger Entlastung der Mitarbeitenden durch automatisierte Kontrolle.
Zum anderen eröffnet HSI die echte spektrale Analyse direkt im Produktionsprozess. Bisher blieb die Spektroskopie meist Laborgeräten vorbehalten; nun wird sie inline verfügbar. Ein weiterer zentraler Nutzen ist die Fremdstofferkennung und Fehlerdetektion mit unübertroffener Präzision. Hyperspektrale Systeme detektieren Fremdkörper bis hinab zu Bruchteilen von Millimetern Größe, weil jeder Partikel aufgrund seiner chemischen Beschaffenheit auffällt. Schließlich unterstützt HSI die weitreichende Automatisierung in der industriellen Bildverarbeitung.
Wirtschaftlicher Mehrwert: Qualität rechnet sich
Über die technischen Fähigkeiten hinaus schafft hyperspektrale Bildgebung deutliche wirtschaftliche Mehrwerte. An erster Stelle steht die Reduktion von Ausschuss- und Fehlproduktionen. Durch die frühzeitige Erkennung selbst feinster Abweichungen werden fehlerhafte Teile aussortiert oder Prozesse unmittelbar korrigiert, bevor eine ganze Charge unbrauchbar wird. Jede vermiedene Fehlproduktion spart Materialkosten, Energie und Entsorgungskosten.
Insbesondere im Recyclingsektor ist die hyperspektrale Klassifizierung ein Schlüssel zur ökologischen Effizienz. Nur durch eine präzise, spektral basierte Differenzierung lassen sich komplexe Stoffströme wie gemischte Textilien, Altplastik oder Altholzarten sortenrein trennen – und so der stofflichen Wiederverwertung zuführen. Wo herkömmliche Verfahren lediglich optisch trennen, sorgt HSI für materialbasierte Entscheidungen. Die Folge: Weniger Fehlwürfe, mehr Rezyklatqualität, geringere CO₂-Bilanzen. Unternehmen, die diese Technologie einsetzen, erhöhen nicht nur die Rückgewinnungsquote, sondern stärken auch ihre ESG-Positionierung – denn die Fähigkeit, aus Müll neue Rohstoffe zu schaffen, wird zu einem messbaren Nachhaltigkeitsversprechen gegenüber Kunden, Behörden und Investoren
Emotionale Vorteile für Entscheider: Sicherheit und Innovationsführerschaft
Hyperspektrale Bildgebung hat sich von einer einst exotischen Labortechnik zu einem praxisnahen Game Changer für die industrielle Bildverarbeitung entwickelt. In Branchen vom Recycling über die Fertigung bis hin zu Kunst und Forensik setzt HSI neue Maßstäbe, indem es jene Probleme löst, die traditionelle Systeme ungelöst ließen. Unternehmen können dadurch nicht nur ihre Qualitätssicherung fundamental verbessern und Kosten senken, sondern auch ihre Position am Markt stärken. Entscheider, die heute in HSI investieren, adressieren die dringenden Pain Points ihrer Industrie und verwandeln sie in Wettbewerbsvorteile. Die Botschaft dieses Strategiepapieres ist klar: Wer das Unsichtbare sichtbar macht, schafft Werte, die weit über das Sichtbare hinausgehen.
Über den Autor
Dr. Matthias Locherer ist seit 2017 Sales Director bei Cubert GmbH. Mit einem PhD in Erdbeobachtung von der Ludwig-Maximilians-Universität München bringt er umfangreiche Expertise in der Fernerkundung, spektraler Bildgebung und Datenanalyse mit. Matthias hat an verschiedenen Forschungsprojekten und Publikationen mitgewirkt, insbesondere im Bereich der hyperspektralen Überwachung biophysikalischer und biochemischer Parameter mit hyperspektralen Satellitenmissionen. Seine fundierten Kenntnisse in optischer Messtechnik und physikalischer Modellierung machen ihn zu einem wichtigen Treiber für die Weiterentwicklung innovativer hyperspektraler Technologien bei Cubert.
