AT14049U1 - Bildgebende Kamera und Vorrichtung zum Klassifizieren von Objekten - Google Patents

Abstract

Eine bildgebende Kamera (100, 100’) umfasst im Strahlengang der Kamera angeordnete Mittel (120) zur Zerlegung von empfangener elektromagnetischer Strahlung in spektrale Bestandteile und einen ortsauflösenden Sensor (132, 150) mit einer Vielzahl von Bildpunkten zur ortsaufgelösten und gemäß den spektralen Bestandteilen aufgelösten Detektion der empfangenen elektromagnetischen Strahlung. Im Strahlengang der Kamera ist vor dem Sensor eine Polarisatormatrix (131, 142) angeordnet, wobei ein jedes Matrixelement der Polarisationsmatrix (131, 142) nur für elektromagnetische Strahlung mit einer definierten Polarisation transparent ist, und mehrere Gruppen von Matrixelementen existieren, die jeweils für unterschiedliche Polarisation, wie z.B. linear, s- bzw. p-polarisiert, zirkular, elliptisch oder Drehsinn-polarisiert, transparent sind. Dadurch wird die auf den Sensor (132, 150) auftreffende elektromagnetische Strahlung in Abhängigkeit von spektralen Bestandteilen und in Abhängigkeit von ihrer Polarisation detektiert.

Description

Beschreibung

BILDGEBENDE KAMERA UND VORRICHTUNG ZUM KLASSIFIZIEREN VON OBJEKTEN

[0001] Die Erfindung betrifft eine bildgebende Kamera, mit im Strahlengang der Kamera ange¬ordneten Mitteln zur Zerlegung von empfangener elektromagnetischer Strahlung in spektraleBestandteile und einem ortsauflösenden Sensor mit einer Vielzahl von Bildpunkten zur ortsauf¬gelösten und gemäß den spektralen Bestandteilen aufgelösten Detektion der empfangenenelektromagnetischen Strahlung, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

[0002] Im speziellen betrifft die Erfindung eine Kamera für die bildgebende Sensorik, die z.B. inder sensorgestützten Klassifizierung und Sortiertechnik von Objekten verwendbar ist. Die Ka¬mera dient zur Aufnahme charakteristischer chemometrischer, spektraler und polarisationsab¬hängiger Eigenschaften, sowie von Form, Farbe und Größe von Objekten, aus denen eineKlassifikations- bzw. Sortierentscheidung abgeleitet werden kann.

[0003] Die Erfindung betrifft weiters eine Vorrichtung zum Klassifizieren von Objekten.

[0004] Kameras für die bildgebende, spektral aufgelöste Sensorik sind bereits als Hyperspekt¬ral- Imaging-Technologie bekannt und z.B. in den Dokumenten US 2005/270528 oder AU8319082 beschrieben. Die Hyperspektral-Imaging-Technologie liefert ortsaufgelöste Spektreneines Objektes im Blickfeld der Kamera.

[0005] Bestehende Inspektionssysteme auf Basis dieser bekannten Technologie haben jedochden Nachteil, dass zu ein und derselben bzw. zu relativ ähnlichen Sensorsignaturen (bestehendz.B. aus Helligkeit und spektralem Verlauf reflektierter Strahlung von einem Objekt) eine Viel¬zahl chemisch und/oder physikalisch völlig unterschiedlicher Materialien gehören können, dievon den Inspektionssystemen daher nur schwer oder sogar fehlerhaft erkannt werden.

[0006] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine bildgebende Kamera bereitzu¬stellen, die eine wesentlich bessere Unterscheidung von Objekten ermöglicht als die derzeitigenSysteme.

[0007] Die Erfindung löst diese Aufgabe durch Weiterbildung der eingangs genannten Kameragemäß den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1. Vorteilhafte Ausführungsformen dererfindungsgemäßen Kamera sind in den Unteransprüchen dargelegt.

[0008] Die erfinderische Kamera umfasst im Strahlengang der Kamera angeordnete Mittel zurZerlegung von empfangener elektromagnetischer Strahlung in spektrale Bestandteile und einenortsauflösenden Sensor mit einer Vielzahl von Bildpunkten zur ortsaufgelösten und gemäß denspektralen Bestandteilen aufgelösten Detektion der empfangenen elektromagnetischen Strah¬lung. Im Strahlengang der Kamera ist vor dem Sensor eine Polarisatormatrix angeordnet, wobeiein jedes Matrixelement der Polarisationsmatrix nur für elektromagnetische Strahlung mit einerdefinierten Polarisation transparent ist, und mehrere Gruppen von Matrixelementen existieren,die jeweils für unterschiedliche Polarisation transparent sind. Dadurch wird die auf den Sensorauftreffende elektromagnetische Strahlung in Abhängigkeit von spektralen Bestandteilen und inAbhängigkeit von ihrer Polarisation detektiert, was eine ortsaufgelöste Messung der Polarisationvon reflektierter bzw. transmittierter Strahlung eines mit elektromagnetischer Strahlung bestrahl¬ten Objekts ermöglicht. Dies ergibt eine weitere Informationsgröße, die eine Aufhebung bzw.Abschwächung diverser Klassifikationsambiguitäten von Objekten erwarten lässt.

[0009] Polarisationssensitive Kameras, ausgestattet mit Polarisationsfiltern oder mit integriertenPolarisationssensoren sind an sich bekannt und z.B. in WO 2009/112174 beschrieben.

[0010] Jedoch wird bis dato in der sensorgestützten Sortier- und Inspektionstechnik keineKamera bekannt, die zugleich (und innerhalb eines Geräts) spektrale (mehr als drei Wellenlän¬genbereiche) sowie (De-)Polarisationseigenschaften eines Messobjekts aufnehmen kann. Dievorliegende Erfindung bietet den Vorteil Objekte nicht nur nach Reflektanz, Transmittanz, spekt¬raler Signatur, Form, Farbe und Größe, sondern zusätzlich auch durch ihren Einfluss auf den

Polarisationszustand (linear, s- bzw. p-polarisiert, zirkular, elliptisch, Drehsinn etc.) von einfal¬lender Strahlung unterscheiden zu können.

[0011] Um eine kompakte Kamera zu bauen ist es günstig, wenn die Polarisationsmatrix voreiner Eingangsapertur oder nach einer Ausgangsapertur der Mittel zur Zerlegung elektromagne¬tischer Strahlung in spektrale Bestandteile angeordnet ist.

[0012] Eine besonders kompakte Bauweise der Kamera und optimale Abstimmung ihrer Kom¬ponenten erreicht man, wenn die Polarisationsmatrix in die Mittel zur Zerlegung elektromagneti¬scher Strahlung in spektrale Bestandteile integriert ist. Derselbe Vorteil ergibt sich, wenn diePolarisationsmatrix in den Sensor integriert ist.

[0013] Eine hochgenaue Kamera erzielt man, wenn die Mittel zur Zerlegung elektromagneti¬scher Strahlung dispersive Elemente, wie z.B. einen Gitter-, Prismen- oder Reflexionsspektro-graphen, oder ein Gitter, oder ein Prisma, umfassen.

[0014] Hervorragend für die erfindungsgemäße Kamera geeignete Sensoren umfassen einenZeilensensor, ein Diodenarray, einen CCD-Wandler, einen 2-dimensionalen CMOS-Sensor,oder einen zweidimensionalen InGaAs-Flächensensor.

[0015] Eine besonders gute Auswertung der Polarisationseigenschaften wird ermöglicht, indemder Polarisationsmatrix ein Kompensator-Element, wie z.B. ein Phasenplättchen, oder ein mo¬dulierbares phasenverschiebendes Element, wie z.B. eine Flüssigkristall-Zelle, im Strahlengangvorgeschaltet ist.

[0016] Ein weiter verbessertes Signal-zu Rauschverhältnis des Ausgangssignals der erfin-dungsgemäßen Kamera kann erreicht werden, wenn, insbesondere rechnergestützt, vom Sen¬sor empfangene elektromagnetische Strahlung bestimmter Polarisation unterdrückt wird.

[0017] Zusammengefasst enthält die erfindungsgemäße Kamera bildgebende Mittel zur Zerle¬gung elektromagnetischer Strahlung in spektrale Bestandteile (z.B. einen bildgebenden Spekt-rographen), in die Strahlung (z.B. von einer Strahlungsquelle oder in Reflexion von der Oberflä¬che eines Objekts) eintritt und ortsaufgelöst in ihre spektralen Bestandteile (Wellenlängen)zerlegt wird. Weiters ist ein ortsaufgelöster Polarisationszustands- Analysator enthalten, derräumlich angeordnete Bildelemente (Pixel) aufweist, die unterschiedliche Transmittanz in Ab¬hängigkeit von der Polarisation der auftreffenden Strahlung aufweisen. Diese Polarisatormatrixbefindet sich im Strahlengang normal zur optischen Achse der Mittel zur Zerlegung elektromag¬netischer Strahlung in spektrale Bestandteile. Beispielsweise ist die Polarisationsmatrix vor derEingangsapertur der Mittel zur Zerlegung elektromagnetischer Strahlung in spektrale Bestand¬teile oder als integrierter Teil von ihnen oder hinter deren Austrittsapertur oder vor dem Sensor,welcher z.B. als Flächensensor ausgeführt sein kann, oder aber als integrierter Teil von ihmangeordnet.

[0018] Somit wird auf den Sensor das spektral aufgelöste Bild der Eingangsapertur abgebildet,wobei der letztendlich am Sensor detektierte Intensitätsverlauf der ortsaufgelösten Spektreneine Faltung des Dispersionsverhaltens der Mittel zur Zerlegung elektromagnetischer Strahlungin spektrale Bestandteile und der Polarisatormatrix darstellt. Das Sensor- Ausgangssignal ent¬hält also die volle Information der eintretenden elektromagnetischen Strahlung, nämlich dieIntensität als Funktion der Wellenlänge und der Polarisation.

[0019] Die erfindungsgemäße Aufgabe wird weiters durch eine Vorrichtung zum Klassifizierenvon Objekten gelöst, die eine spektroskopische Sensoreinheit und zumindest eine Strahlungs¬quelle umfasst, die eine elektromagnetische Strahlung auf einen im Blickfeld der Sensoreinheitliegenden Messbereich abstrahlt, in den zu klassifizierende Objekte bringbar sind. Als Sen¬soreinheit wird die oben beschriebenen erfindungsgemäße Kamera verwendet, die die Strah¬lung in Bezug auf durch das Objekt verursachte Änderungen des spektralen Verlaufs durchspektrale Zerlegung auswertet und die zusätzlich die empfangene elektromagnetische Strah¬lung in Abhängigkeit von ihrer Polarisation auswertet und aus dem ausgewerteten spektralenVerlauf und der ausgewerteten Polarisation der empfangenen elektromagnetischen Strahlung eine Klassifizierung des Objekts vornimmt.

[0020] In einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung strahlt,insbesondere im Auflichtverfahren auf im Messbereich befindliche Objekte, zumindest eine derStrahlungsquellen Strahlung in einer zur optischen Achse der Kamera verkippten Richtung inden Messbereich. Ergänzend oder alternativ dazu kann vorgesehen sein, dass zumindest eineder Strahlungsquellen Strahlung in einer zur optischen Achse der Kamera parallelen Richtungin den Messbereich strahlt, wobei die Kamera mit ihrem Blickfeld auf die Strahlung gerichtet istund der Messbereich zwischen der Kamera und der ersten Strahlungsquelle liegt.

[0021] Um in der Auswertung die von den einzelnen Strahlungsquellen ausgestrahlten elektro¬magnetischen Strahlungen eindeutig den jeweiligen Strahlungsquellen zuordnen zu können, istes zweckmäßig, wenn die zumindest eine Strahlungsquelle Strahlung mit einem definiertenSpektralverlauf innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs und/oder einer definiertenPolarisation ausstrahlt. Wenn sowohl Strahlungsquellen mit in zur optischen Achse der Kameraverkippter Richtung in den Messbereich gestrahlten Strahlung als auch Strahlungsquellen mit ineiner zur optischen Achse der Kamera parallelen Richtung in den Messbereich gestrahltenStrahlung verwendet werden, sollten sich die jeweiligen Strahlungen durch definierte Spektral¬verläufe und/oder definierte Polarisationen voneinander unterscheiden, da sich die vom Objektreflektierten bzw. durchgelassenen Strahlungen überlagern und durch diese Maßnahme unddennoch mittels allgemein bekannter daten- und klassifikationsanalytischer Verfahren vergli¬chen werden können.

[0022] Als geeignete Strahlungsquellen haben sich Halogenlampen, Leuchtstoffröhren, Leucht-dioden, Glühbirnen, Gasentladungslampen, Infrarot-Lampen, Ultraviolett-Lampen, Laserund/oder Polarisationslichtquellen erwiesen.

[0023] Aufgrund einfacher Realisierbarkeit, aber dennoch hohe Verlässlichkeit bietend, wirddas Objekt bevorzugt von einem Transportmittel, z.B. einem Förderband, einer Rutsche, einemRüttelförderer, oder dem freien Fall, in den Messbereich gebracht.

[0024] Auf Basis der Klassifizierung der Objekte kann ein Sortiersignal gewonnen werden, dasSortiereinrichtungen, z.B. Luftdüsen oder Klappen, zum Ausbringen von Objekten, die vorbe¬stimmte Klassifizierungskriterien erfüllen, ansteuert.

[0025] Die Erfindung wird nun anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf dieZeichnungen näher erläutert.

[0026] Fig. 1 zeigt schematisch eine erste Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kame¬ ra.

[0027] Fig. 2 zeigt schematisch eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kame¬ ra.

[0028] Fig. 3 zeigt schematisch eine dritte Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Kame¬ ra.

[0029] Fig. 4 zeigt einen Realisierungsvorschlag für die in Fig. 1 schematisch dargestellte

Kamera.

[0030] Fig. 5 zeigt eine Klassifizierungs- und Sortiervorrichtung für Objekte mit einer erfin¬ dungsgemäßen Kamera.

[0031] Fig. 1 zeigt einen schematischen Aufbau einer ersten Ausführungsform einer erfin-dungsgemäßen Hyperspektral kam era 100, die ein Objektiv 110, Mittel 120 zur Zerlegung derelektromagnetischen Strahlung in spektrale Bestandteile und einen polarisationssensitivenDetektor 130 aufweist, wobei der polarisationssensitive Detektor 130 eine Polarisator-Matrix131 und einen ortsauflösenden Flächen- oder Zeilen-Sensor 132 enthält.

[0032] Fig. 2 zeigt denselben Aufbau der Hyperspektralkamera 100 mit einem alternativenAufbau des polarisationssensitiven Detektors 130, der zusätzlich zur Polarisator-Matrix 131 undzum ortsauflösenden Sensor 132 ein phasenverschiebendes (modulierbares) Element 133 zur

Erweiterung des Phasenraumes der messbaren Polarisationseigenschaften enthält.

[0033] Fig. 3 zeigt einen alternativen Aufbau einer dritten Ausführungsform einer erfindungs¬gemäßen Hyperspektralkamera 100’. Diese Ausführungsform der Hyperspektralkamera 100’besteht hier aus einem Objektiv 110, Mitteln 120 zur Zerlegung der elektromagnetischen Strah¬lung in spektrale Bestandteile und einem Polarisationselement 140, das ein phasendrehendesElement 141 und eine Polarisator-Matrix 142 enthält, sowie einem ortsauflösenden Sensor 150.

[0034] Fig. 4 zeigt eine mögliche Realisierung der Hyperspektralkamera 100 gemäß der erstenAusführungsform, bei dem die Mittel 120 zur Zerlegung der elektromagnetischen Strahlung inspektrale Bestandteile als Spektrograph ausgebildet sind. Der Spektrograph 120 besteht auseiner Eintrittsapertur 121, einem Kollimator 122, einem dispersiven Element 124 und einerFokussieroptik 124. Der polarisationssensitive ortsauflösende Detektor 130 weist, wie obenbeschrieben, die Polarisator-Matrix 131 und den ortsauflösenden Detektor 132 auf.

[0035] Eine weitere Ausführungsmöglichkeit der Erfindung ist die Verwendung eines abbilden-den Gitterspektrographen als Mittel 120 zur Zerlegung elektromagnetischer Strahlung in spekt¬rale Bestandteile. Als Strahlungsquelle zur Bestrahlung eines zu klassifizierenden Objekts kanneine Halogenlampe oder sogar eine breitbandige Quelle linear polarisierten Lichts dienen, vonder Licht auf das Objekt fällt, von dessen Oberfläche dieses Licht reflektiert wird und durcheinen Eintrittsspalt in den Spektrographen gelangt. Am Austrittsspalt des Spektrographen ent¬steht ein zweidimensionales Abbild des Eintrittsspaltes, dessen Abszisse den Ort des Ein¬trittsspaltes und dessen Ordinate die spektrale Intensitätsverteilung jedes Ortspunktes be¬schreibt. Dieses Bild wird auf die Polarisatormatrix 131 projiziert, deren Dimensionierung undPixelanzahl in etwa zur Größenordnung des nachfolgend beschriebenen Flächensensors 132passen sollte. Zum Beispiel würde ein im Nahinfrarotbereich sensitiver InGaAs-Flächensensormit 256x320 px2 eine Polarisatormatrix mit 256x320 Polarisatoren erfordern. Die Einzelpolarisa¬toren der Polarisatormatrix sind als untergeordnete Submatrizen mit einem bestimmten alternie¬renden Muster polarisationsabhängiger Transmittanz angeordnet. So könnten, wie inW02009112174 beschrieben, die Submatrizen aus 2x2 Polarisatoren bestehen, die transparentfür linear polarisiertes Licht sind, wobei die Polarisationsebenen der 4 Polarisatoren um je 45°zueinander verkippt sind. Das so durch die Polarisatormatrix 131 transmittierte Licht wird nunauf den Flächensensor 132 projiziert, wo es als Intensitätswert pro Sensorpixel detektiert undausgelesen wird. Die Sensorsignale können dann mit Hilfe von datenanalytischen Methoden,wie z.B. multivariater Datenanalyse, ausgewertet und einem Klassifikationsalgorithmus zuge¬führt werden. Mittels dieser Daten kann man nun das Objekt nach Reflektanz, Transmittanz,spektraler Signatur, Form, Farbe, Größe und Polarisation analysieren bzw. klassifizieren. Typi¬sche Objekte umfassen Schütt- und Stückgut (Glas, Plastik, Papier, Mineralien, Pharmaceuti¬cals, Lebensmittel etc.), das z.B. auf einem Förderband oder einer Rutsche durch das Blickfeldder bildgebenden hyperspektralen Polarisationskamera 100 bewegt wird.

[0036] Fig. 5 zeigt eine erfindungsgemäße Vorrichtung 1 zum Klassifizieren von Objekten 20,die eine spektroskopische Sensoreinheit in Form einer erfindungsgemäßen Kamera 100 auf¬weist. Die Vorrichtung 1 umfasst eine Strahlungsquelle 3, die eine Strahlung S1 mit einemdefinierten Spektralverlauf innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs in einer zuroptischen Achse 100c der Kamera 100 parallelen Richtung in einen Messbereich 6 abstrahlt,wobei der Austrittsapertur 3a dieser Strahlungsquelle 3 - wie hier gezeigt - ein Polarisator 3b zurPolarisierung ihrer Strahlung S1 vorgeschaltet sein kann. Die Strahlungsquelle 3 wirkt alsDurchlicht-Strahlungsquelle. Die Vorrichtung 1 umfasst zwei weitere Strahlungsquellen 4, 5, dieStrahlungen S2, S3 in einer zur optischen Achse 100c der Kamera 100 verkippten Richtung inden Messbereich 6 strahlen. Die Strahlungsquellen 4, 5 wirken als Auflicht-Strahlungsquellen.Die Strahlungen S2, S3 aus den beiden weiteren Strahlungsquellen 4, 5 weisen Spektralverläu¬fe innerhalb vorgegebener Wellenlängenbereiche und/oder Polarisationen auf, die sich vomdefinierten Spektralverlauf und/oder der Polarisation der Strahlung S1 unterscheiden. Die Ka¬mera 100 ist polarisationssensitiv ausgebildet und berücksichtigt die Polarisation als Kriteriumder Klassifizierung 24 des Objekts 20.

[0037] Die Kamera 100 ist mit ihrem durch die Eintrittspupille 100a definierten Blickfeld 100bauf die Strahlung S1 gerichtet. Ein zu klassifizierendes Objekt 20 wird mit einem Transportmittel21, z.B. einem Förderband, einer Rutsche, einem Rüttelförderer, oder dem freien Fall, in den imBlickfeld 100b liegenden Messbereich 6 zwischen der spektroskopischen Sensoreinheit 2 undder Strahlungsquelle 3 gebracht. Die Kamera 100 empfängt den vom Objekt 20 durchgelasse¬nen spektralen Verlauf S1 ’ der Strahlung S1 als Tranmittanzsignal und wertet durch das Objekt20 verursachte Änderungen des spektralen Verlaufs ST der Strahlung S1 durch spektraleZerlegung und Erfassung der Polarisierung aus.

[0038] Die Strahlungen S2, S3 aus den weiteren Strahlungsquellen 4, 5 werden aus einer vonder Strahlung S1 abweichenden Richtung in den Messbereich 6 gestrahlt, indem diese Strah¬lungen S2, S3 zur optischen Achse 100c der spektroskopischen Sensoreinheit 2 verkippt sind.Während die Strahlung S1 eine Durchlichtstrahlung ist, die das Objekt 20 durchstrahlt (sofernes nicht völlig opak ist), sind die Strahlungen S2, S3 aufgrund ihres Einfallswinkels auf dasObjekt 20 Auflichtstrahlungen, wobei die Kamera 100 im Wesentlichen den vom Objekt 20reflektierten und gegebenenfalls veränderten spektralen Verlaufs S2’, S3’ der Strahlungen S2,S3 empfängt, durch spektrale Zerlegung und Erfassung der Polarisierung auswertet und dieAuswertung zur Klassifizierung 24 des Objekts 20 heranzieht.

[0039] Eine der beiden im Auflichtverfahren betriebenen Strahlungsquellen 4 ist mit einemvorgeschalteten Filter 4a (Spektralfilter und/oder Polarisationsfilter) zur Einstellung eines defi¬nierten Spektralverlaufs und/oder einer definierten Polarisation der von ihr ausgestrahltenStrahlung S2 dargestellt. Es wird jedoch darauf hingewiesen, dass auch die Strahlungsquelle 5mit einem Spektralfilter und/oder Polarisationsfilter ausgestattet werden kann. Ebenso kann beibeiden Auflicht-Strahlungsquellen 4, 5 auf Spektralfilter und/oder Polarisationsfilter verzichtetwerden und dennoch der Spektralverlauf und/oder die Polarisation durch geeignete Wahl derTypen der Strahlungsquellen eingestellt werden.

[0040] Aus der Klassifizierung 24 wird ein Sortiersignal 23 gewonnen, das eine Sortiereinrich¬tung 22, z.B. Luftdüsen oder Klappen, zum Ausbringen von Objekten 20, die vorbestimmteKlassifizierungskriterien erfüllen, ansteuert.

[0041] Die im Durchlichtverfahren betriebene Strahlungsquelle 3 liefert z.B. eine schmalbandigeStrahlung S1 mit definiertem Spektrum, die z.B. als Laserlicht oder schmalbandige LED konfigu¬riert ist. Die im Auflichtverfahren betriebenen Strahlungsquellen 4, 5 können als Halogenlampenkonfiguriert sein. Die Kamera 100 ist mit ihrer optischen Achse 100c so auf die erste Strah¬lungsquelle 3 gerichtet, dass deren Spektralverlauf ST als Hintergrundsignal in der Kamera 100dient. Die beiden weiteren Strahlungsquellen 4, 5 dienen zur zusätzlichen Beleuchtung von imMessbereich 6 zu inspizierenden Objekten 6. Der spektrale Verlauf der Strahlung S1 der erstenStrahlungsquelle 3 kann so gewählt werden, dass er sich von den zu erwartenden Reflexions¬spektren S2’, S3’ der zu inspizierenden Objekte 20 (und gegebenenfalls der Strahlcharakteristikder zusätzlichen Strahlungsquellen 4, 5) deutlich unterscheidet, so dass störende Streulicht-und Kontaminationseffekte des Nutzsignals (also der Reflexionsspektren S2’, S3’ der zusätzli¬chen Strahlungen S2, S3) durch die Durchlichtstrahlungsquelle 3 minimiert werden können. Sowäre z.B. eine Möglichkeit als Strahlungsquelle 3 eine schmalbandige Laserlinie oder LED-Liniebei einer Wellenlänge von z.B. 1550 nm zu wählen, während die Reflexionsspektren S2’, S3’der von zu inspizierenden Objekten 20 reflektierten Strahlungen S2, S3 aus den Strahlungs¬quellen 4, 5 bei anderen Wellenlängen ihre größten Merkmalsunterschiede zeigen. Somit wäreKontamination von Reflexionsspektren S2’, S3’ bei 1550 nm durch die Strahlung S1 unkritischfür das S/N in den für eine Klassifikation von Materialien relevanten Spektralbereichen. Dergenerelle Vorteil eines Hintergrundlichts als Transmittanzmessung und zusätzlicher Strahlungs¬quellen zur Reflexionsmessung bleibt davon unberührt. Die Transmittanz bzw. das prinzipielleVorhandensein eines Objekts 20 im Messbereich 6 kann durch das Verhalten des detektierenSpektrums bei 1550 nm erfasst werden. Eine Veränderung des von der spektroskopischenSensoreinheit 2 empfangenen Signals ST bei 1550 nm lässt unmittelbar das Vorhandenseineines Objekts 20 im Blickfeld 100b erkennen. Wird nun zusätzlich ein vom Objekt 20 reflektier¬tes charakteristisches Reflexionsspektrum S2’, S3’ (dessen Spektralverlauf hauptsächlich in anderen Bändern als um 1550 nm interessiert) der Strahlungen S2, S3 detektiert, so kann eineeindeutige Klassifikationsentscheidung getroffen werden. Die zusätzlich zur spektralen Auswer¬tung erfolgende Auswertung der Polarisierung der empfangenen elektromagnetischen Strah¬lung ist eine wertvolle Grundlage bei der Klassifikationsentscheidung. Die von der Kamera 100aufgenommenen Ortspunkt-Spektren samt Polarisationsinformation können in Reflexion,Transmission, Transflexion, diffuser Reflexion, etc. aufgenommen werden und in ein Datenver¬arbeitungssystem eingespeist und als Grundlage für eine Sortier- bzw. Klassifikationsentschei¬dung verwendet werden. Am Förderband transportierte Gegenstände können so nach ihrenspektralen/chemometrischen/topologischen/strukturellen Signaturen und Polarisationseigen¬schaften klassifiziert werden und bei Erfüllung eines vorgegebenen Klassifikationskriteriums ausdem Materialstrom ausgebracht werden.

Claims (17)

1. Ansprüche 1. Bildgebende Kamera (100, 100’), mit im Strahlengang der Kamera angeordneten Mitteln(120) zur Zerlegung von empfangener elektromagnetischer Strahlung in spektrale Bestand¬teile und einem ortsauflösenden Sensor (132, 150) mit einer Vielzahl von Bildpunkten zurortsaufgelösten und gemäß den spektralen Bestandteilen aufgelösten Detektion der emp¬fangenen elektromagnetischen Strahlung, gekennzeichnet durch eine im Strahlengang derKamera vor dem Sensor angeordnete Polarisatormatrix (131, 142), wobei ein jedes Matri¬xelement der Polarisationsmatrix (131, 142) nur für elektromagnetische Strahlung mit einerdefinierten Polarisation transparent ist, und mehrere Gruppen von Matrixelementen existie¬ren, die jeweils für unterschiedliche Polarisation, wie z.B. linear, s- bzw. p-polarisiert, zirku¬lar, elliptisch oder Drehsinn-polarisiert, transparent sind, wodurch die auf den Sensor (132,150) auftreffende elektromagnetische Strahlung in Abhängigkeit von spektralen Bestandtei¬len und in Abhängigkeit von ihrer Polarisation detektiert wird.
2. 2. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsmatrix (131,142) vor einer Eingangsapertur der Mittel zur Zerlegung elektromagnetischer Strahlung inspektrale Bestandteile angeordnet ist.
3. 3. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsmatrix (131,142) nach einer Ausgangsapertur der Mittel zur Zerlegung elektromagnetischer Strahlungin spektrale Bestandteile angeordnet ist.
4. 4. Kamera nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Polarisationsmatrix (131,142) in die Mittel (120) zur Zerlegung elektromagnetischer Strahlung in spektrale Bestand¬teile integriert ist.
5. 5. Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass diePolarisationsmatrix (131, 142) in den Sensor (132, 150) integriert ist.
6. 6. Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass dieMittel (120) zur Zerlegung elektromagnetischer Strahlung dispersive Elemente, wie z.B. ei¬nen Gitter-, Prismen- oder Reflexionsspektrographen, oder ein Gitter, oder ein Prisma, um¬fassen.
7. 7. Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass derSensor (132, 150) ausgewählt ist aus einem Zeilensensor, einem Diodenarray, einemCCD-Wandler, einem 2-dimensionalen CMOS-Sensor, oder einem zweidimensionalenInGaAs- Flächensensor.
8. 8. Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass derPolarisationsmatrix (131, 142) ein Kompensator-Element, wie z.B. ein Phasenplättchen,oder ein modulierbares phasenverschiebendes Element (133, 141), wie z.B. eine Flüssig-kristall-Zelle, im Strahlengang vorgeschaltet ist.
9. 9. Kamera nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass,insbesondere rechnergestützt, vom Sensor (132, 150) empfangene elektromagnetischeStrahlung bestimmter Polarisation unterdrückt wird.
10. 10. Vorrichtung (1) zum Klassifizieren von Objekten (20) mit einer spektroskopischen Sen¬soreinheit und mit zumindest einer Strahlungsquelle (3, 4, 5), die eine elektromagnetischeStrahlung (S1, S2, S3) auf einen im Blickfeld (100b) der Sensoreinheit liegenden Messbe¬reich (6) abstrahlt, wobei zu klassifizierende Objekte (20) in den Messbereich (6) bringbarsind, wobei die spektrale Sensoreinheit die Strahlung (S1, S2, S3) in Bezug auf durch dasObjekt (20) verursachte Änderungen des spektralen Verlaufs (S1 ’) durch spektrale Zerle¬gung auswertet und anhand der Auswertung eine Klassifizierung (24) des Objekts (20)vornimmt, dadurch gekennzeichnet, dass die spektroskopische Sensoreinheit eine Ka¬mera (100, 100’) nach einem der vorhergehenden Ansprüche ist, die die empfangeneelektromagnetische Strahlung (S1 ’, S2’, S3’) zusätzlich in Abhängigkeit von ihrer Polarisa¬ tion auswertet und die ausgewertete Polarisation der Klassifizierung des Objekts (20) zu¬sätzlich zugrunde legt.
11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Strah¬lungsquelle (4, 5) Strahlung (S2, S3) in einer zur optischen Achse (100c) der Kamera (100,100’) verkippten Richtung in den Messbereich (6) strahlt, wobei die Strahlung (S2, S3) vor¬zugsweise mittels Auflichtverfahren auf im Messbereich (6) befindliche Objekte (20) strahlt.
12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eineStrahlungsquelle (3) Strahlung (S1) in einer zur optischen Achse (100c) der Kamera (100,100’) parallelen Richtung in den Messbereich (6) strahlt, wobei die Kamera (100, 100’) mitihrem Blickfeld (100b) auf die Strahlung (S1) gerichtet ist und der Messbereich (6) zwi¬schen der Kamera (100,100’) und der ersten Strahlungsquelle (3) liegt.
13. 13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass diezumindest eine Strahlungsquelle (3, 4, 5) Strahlung (S1, S2, S3) mit einem definiertenSpektralverlauf innerhalb eines vorgegebenen Wellenlängenbereichs und/oder einer defi¬nierten Polarisation ausstrahlt.
14. 14. Vorrichtung nach den Ansprüchen 11, 12 und 13, dadurch gekennzeichnet, dass die ineiner zur optischen Achse (100c) der Kamera (100. 100’) verkippten Richtung in denMessbereich (6) gestrahlte Strahlung (S2, S3) definierte Spektralverläufe und/oder definier¬te Polarisationen aufweist, die sich von den definierten Spektralverläufen und/oder definier¬ten Polarisationen der in einer zur optischen Achse (100c) der Kamera (100, 100’) paralle¬len Richtung in den Messbereich (6) gestrahlten Strahlung (S1) unterscheidet.
15. 15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass diezumindest eine Strahlungsquelle (3, 4, 5) eine Halogenlampe, Leuchtstoffröhren, Leuchtdi¬oden, Glühbirnen, Gasentladungslampen, Infrarot-Lampen, Ultraviolett-Lampen, Laserund/oder Polarisationslichtquellen umfasst.
16. 16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass dasObjekt (20) von einem Transportmittel (21), z.B. einem Förderband, einer Rutsche, einemRüttelförderer, oder dem freien Fall, in den Messbereich (6) gebracht wird.
17. 17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass aufBasis der Klassifizierung (24) ein Sortiersignal (23) gewonnen wird, das Sortiereinrichtun¬gen (22), z.B. Luftdüsen oder Klappen, zum Ausbringen von Objekten (20), die vorbe¬stimmte Klassifizierungskriterien erfüllen, ansteuert. Hierzu 5 Blatt Zeichnungen