¿Qué son las imágenes hiperespectrales?
La imagen hiperespectral es una técnica que agrega una tercera dimensión colorida a una imagen reflejada que contiene los datos espectrales del objetivo. Se puede utilizar en aplicaciones como análisis topográfico de depósitos minerales o granjas, vigilancia militar, análisis de tejidos médicos y mapeo arqueológico. Las imágenes hiperespectrales proporcionan una gran cantidad de datos de luz y composición de sensores de imágenes en el campo, en el laboratorio e incluso en el espacio.
La imagen espectral analiza los espectros de reflectancia o datos de longitud de onda de luz. Podría usar tecnología como espejos reflectantes, prismas, lentes y sensores de luz, muy similares a los componentes y chips de dispositivos acoplados a carga (CCD) dentro de una cámara digital. En combinación con la tecnología de imágenes remotas, las imágenes espectrales se utilizan para medir las longitudes de onda del espectro electromagnético disperso por un material objetivo. Los dispositivos llamados espectrómetros y espectroradiómetros notan variaciones en la longitud de onda de energía de la luz reflejada en un objetivo y permiten a los observadores determinar la composición compositiva del material o paisaje.
Las imágenes hiperespectrales utilizan la potencia informática moderna para combinar datos de muchas imágenes y agregar la tercera dimensión de datos espectrales directamente a la imagen. Este conjunto de datos se apila en un "cubo hiperespectral", como una pila de instantáneas, en el que cada píxel contiene sus datos espectrales. Las imágenes multiespectrales combinan datos de decenas o cientos de bandas electromagnéticas (EM), pero los cubos hiperespectrales pueden procesar datos de miles de bandas.
Las imágenes multiespectrales normalmente utilizan datos de múltiples sensores, mientras que los datos hiperespectrales a menudo se recopilan como un conjunto de bandas contiguas de un solo sensor. Cuantos más datos, más clara será la imagen. Cuanto más clara sea la imagen, más fácil de determinar a partir de qué sustancia o sustancias está hecho el sujeto.
Algunas aplicaciones de imágenes hiperespectrales incluyen análisis químicos, microscopía de fluorescencia, imágenes térmicas, descubrimiento arqueológico e investigación forense. Las imágenes hiperespectrales médicas extraen las longitudes de onda visuales de una región espacial y sintetizan los cortes en un "mapa topográfico" listo para un análisis médico claro de las propiedades del tejido para diversos diagnósticos o fines de investigación. Esta tecnología de imagen puede capturar más de la banda EM que la luz visible, incluidas las longitudes de onda infrarroja y ultravioleta, por lo que puede mejorar la información que de otro modo no se vería a simple vista. Todos los materiales contienen firmas espectrales que pueden proporcionar pistas vitales para una gran cantidad de aplicaciones en muchos campos.
Por ejemplo, al comprender las diferencias en la composición química del suelo y el crecimiento de las plantas, los investigadores forenses pueden identificar sepulturas que de otro modo serían desconocidas. Esto se debe a que la descomposición diferencia los espectros de reflectancia del crecimiento de las plantas de su entorno. En pocas palabras, la clorofila adicional contenida en las plantas fertilizadas por descomposición hace que se destaquen mucho más visiblemente en los datos hiperespectrales que a simple vista.
La teledetección y las imágenes digitales encuentran nuevas aplicaciones de forma continua. Organizaciones como la Administración Nacional de Aeronáutica y del Espacio (NASA) de los Estados Unidos han puesto cada vez más a disposición de investigadores y civiles bibliotecas especiales que contienen datos espectrales conocidos de materiales. Nuevas aplicaciones para esta técnica se han desarrollado continuamente en muchas industrias. Los usos agrícolas pueden incluir la determinación de variedades de plantas, condiciones de agua y nutrientes y la detección temprana de enfermedades. A medida que la tecnología esté más disponible para el público, se espera que se desarrollen continuamente nuevas aplicaciones para obtener una gran ventaja sobre el poder analítico relativamente limitado de la espectroscopía de un solo punto.
La tecnología de imagen térmica se ha utilizado durante mucho tiempo en la vigilancia militar o aérea. Por esta razón, se han desarrollado técnicas especiales diseñadas para frustrar esta tecnología, con el fin de enmascarar las firmas de calor de las fuerzas terrestres desde el aire. Las imágenes hiperespectrales podrían vencer estas contramedidas con su multitud de mediciones de banda espectral, ofreciendo un análisis de precisión que puede desenterrar las "huellas digitales" espectrales del objetivo.
Todo el espectro se recopila para cada píxel de información, por lo que el observador no requiere conocimiento previo de un material para realizar un análisis. El procesamiento por computadora puede incluir todos los datos disponibles para un análisis completo de una muestra. Esto requiere recursos informáticos dedicados, incluidos equipos sensibles costosos y una gran capacidad de almacenamiento de datos. Un cubo hiperespectral representa conjuntos de datos multidimensionales que requieren cientos de megabytes cada uno para procesar.