Licht- und Wärmespektren besser messen

Ob man Objekte im Weltraum untersucht, die Qualität von Lichtquellen charakterisiert, Photovoltaik-Module optimiert oder chemische Verbindungen analysiert − oft ist die spektrale Vermessung von Licht- oder Wärmequellen das Mittel der Wahl.

Herkömmliche Verfahren erzeugen dabei Strahlungs-Verteilungskurven, die Verzerrungen aufweisen und nachträglich korrigiert werden müssen. Die Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB) hat nun ein mathematisches Verfahren entwickelt, das deutlich bessere Ergebnisse bringt und in vielen Bereichen der Radiometrie und Photometrie angewendet werden kann. Die passende Software gibt es kostenlos auf der PTB-Webseite zum Herunterladen.

Messsysteme für optische oder thermische Strahlung, wie Radiometer, Spektrometer und Photometer, erzeugen spektrale Verteilungskurven, die Aufschluss geben über die Charakteristika der gemessenen Strahlung, wie z. B. ihre Leuchtdichte, Farbqualität, Temperatur oder Wellenlänge. Doch diese Verteilungskurven weisen Verzerrungen auf, die durch das jeweilige Messgerät bedingt sind. Zwar gibt es Korrekturverfahren, doch diese sind nur bedingt verlässlich. Wissenschaftler der PTB haben einen neuen Ansatz zur Lösung dieses Problems gefunden: Sie haben die entstehenden Verzerrungen erstmals als mathematische Faltung betrachtet und die Richardson-Lucy-Methode – ein iteratives Verfahren – für die Entfaltung verwendet.

Ein oft diskutiertes Problem der Richardson-Lucy-Methode ist die Notwendigkeit eines Kriteriums für den Abbruch der Iterationen. An der PTB wurde dazu ein neuartiger Ansatz entwickelt, der im Grunde automatisch und unabhängig von zusätzlichen Parametern funktioniert. Dieser neue Ansatz hat sich sowohl in umfassenden Simulationen als auch in Untersuchungen an Messdaten als sehr robust herausgestellt. Dabei prüften die Wissenschaftler zahlreiche Szenarien mit unterschiedlichen Linienbildfunktionen und Signal-Rausch-Abständen. Das auf diese Weise entwickelte Verfahren eignet sich sowohl für die Verbesserung von breitbandigen spektralen Verteilungskurven, wie sie beispielsweise bei Wärmestrahlern vorkommen, als auch von schmalbandigen, wie im Bereich von LEDs.

Um eine einfache Anwendung dieser an der PTB entwickelten Methode zu ermöglichen, gibt es nun auch eine passende Software mit grafischer Benutzeroberfläche. Sie kann von interessierten Firmen und Messgeräteherstellern kostenlos auf den Webseiten der PTB heruntergeladen werden: http://www.ptb.de/cms/fachabteilungen/abt8/fb-84/ag-842/dynamischemessungen-842.html

Physikalisch-Technische Bundesanstalt (PTB)
In der PTB kommt die Zeit aus Atomuhren, erstrecken sich Längen bis weit hinab in die Nanowelt, forschen die Wissenschaftler an grundlegenden Fragen zu den physikalischen Einheiten, und die Mitarbeiter in den Laboratorien kalibrieren Messgeräte für höchste Genauigkeitsansprüche. Damit gehört die Physikalisch-Technische Bundesanstalt zu den ersten Adressen in der internationalen Welt der Metrologie. Als das nationale Metrologieinstitut Deutschlands ist die PTB oberste Instanz bei allen Fragen des richtigen und zuverlässigen Messens. Sie ist technische Oberbehörde des Bundesministeriums für Wirtschaft und Technologie (BMWi) und beschäftigt an den beiden Standorten Braunschweig und Berlin insgesamt rund 1900 Mitarbeiter.

if/ptb

Ansprechpartner
Dr. Sascha Eichstädt, PTB-Fachbereich 8.4 Mathematische Modellierung und Datenanalyse,

Tel. (030) 3481-7946, E-Mail: sascha.eichstaedt@ptb.de

Wissenschaftliche Veröffentlichung
S. Eichstädt, F. Schmähling, G. Wübbeler, K. Anhalt, L. Bünger, U. Krüger and C. Elster (2013). Comparison of the Richardson-Lucy method and a classical approach for spectrometer bandpass correction. Metrologia 50, 107 – 118