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Forschungsprojekte
Ausbau des abbildenden Spektrometers AVIS-3 für das mittlere Infrarot bis 1700 nm
| Fachgebiet: Fernerkundung, Geländemessungen, Spektroskopie Gefördert durch: Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle Förderkennzeichen: UFZ 05/2004 Projektleitung: Prof. Dr. Wolfram Mauser Projektwissenschaftler: , Oppelt, N. Laufzeit: 01/2005 - 12/2006 |
Das Vorhaben Ausbau des Abbildenden Spektrometers AVIS-3 für das mittlere Infrarot bis 1700 nm bestand in der Erweiterung eines bestehenden flugzeuggetragenen Abbildenden Spektrometers um einen weiteren Sensor, der im Spektralbereich von 900 bis 1700nm arbeitet. Das bis zum Beginn des Projektes verfügbare und bis heute eingesetzte System AVIS-3 arbeitet im Spektralbereich des Sichtbaren (VIS) und Nahen Infrarotes (NIR) (400-900nm) und wird erfolgreich zur Ableitung von pflanzenphysiologischen Parametern wie z.B. Biomasse, Chlorophyll und Stickstoff eingesetzt. Die Erweiterung in das Mittlere Infrarot ermöglicht eine Erweiterung des Einsatzbereiches durch die Analyse von in diesem Bereich auftretenden Absorptionen von Pflanzenwasser (1120 und 1450nm). Darüber hinaus besteht die Möglichkeit weitere Bestandteile von Pflanzen mit Hilfe deren Absorptionsmerkmale im Mittleren Infrarot (MIR) zu erfassen. Hierzu zählen z.B. Lignin (Absorptionen bei ca. 1200 und 1690nm), Zellulose (Absorption bei ca. 1480nm) und Zucker (Absorption bei ca. 1490nm).
Das Projekt beinhaltet sowohl die technische Aufbereitung des bestehenden Systems um ein weiteres Instrument sowie dessen Implementierung und Kalibrierung. Die Erweiterung des AVIS-3 um ein Spektrometer im Mittleren Infrarot ist auf der Basis der vorhandenen Konfiguration durch Hinzufügen eines weiteren Spektrometers möglich, ohne die Geometrie oder die Möglichkeiten der Nutzung auf einem Ultraleichtflugzeug zu verändern. Dieser Ausbau wird erst durch den Einbau einer in Europa gefertigten NIR Kamera ermöglicht. Damit werden die Schwierigkeiten bei der Ausfuhr amerikanischer Kameras umgangen.
Befliegungen zwischen April und September 2005 im Raum Leipzig sollten Testdaten liefern, welche die Einsetzbarkeit des neuen Systems aufzeigen sollten. Zudem sollen diese Daten dem Umweltforschungszentrum Leipzig-Halle (UFZ) zur weiteren Auswertung im Rahmen des Monitorings von Renaturierungsmaßnahmen in ehemaligen Bergbaugebieten im Raum Leipzig und von stadtökologische Fragestellungen zur Verfügung gestellt werden.
Eine OEM-Infrarot-Kamera der Firma XenICS (Xenics InGa As XEVA-USB-FPA-1.7) wurde im Januar 2005 in AVIS-3 integriert. Leider stellte sich die Qualität der uns gelieferten Kamera aufgrund einer zu großen Anzahl von fehlerhaften Bildelementen (> 20%) für einen operationellen Einsatz als nicht ausreichend dar. Nach Rücksprache mit dem Hersteller wurde diese Kamera reklamiert und die Lieferung einer neuen Kamera mit einer angemessenen Anzahl von Fehlpixeln wurde in Aussicht gestellt. Im Gespräch mit den Mitarbeitern des UFZ wurde vereinbart, dass die oben genannten Befliegungen mit AVIS-2 durchgeführt werden, um laufende Forschungsarbeiten nicht zu beeinträchtigen. Die Befliegungen sollten mit dem neuen System weitergeführt werden, sobald die Infrarot-Kamera verfügbar ist. Eine operationell einsatzfähige Kamera konnte aber erst im Dezember 2006 geliefert werden. Damit wurden die Befliegungen im Jahr 2005 durchgängig mit dem bestehenden System durchgeführt. Im Weiteren werden daher der Sensor AVIS-3 (ohne Erweiterung) und die durchgeführten Überflüge beschrieben werden. Es folgt die technische Beschreibung der Infrarot-Kamera, deren Implementierung in AVIS und die Ergebnisse der durchgeführten Laborkalibrierung der neuen Spektrometer-Kamera Einheit.