Qu'est-ce que l'imagerie hyperspectrale?
L'imagerie hyperspectrale est une technique qui ajoute une troisième dimension colorée à une image réfléchie contenant les données spectrales de la cible. Il peut être utilisé dans des applications telles que l'analyse topographique de gisements minéraux ou d'exploitations agricoles, la surveillance militaire, l'analyse de tissus médicaux et la cartographie archéologique. L'imagerie hyperspectrale fournit une mine de données sur la lumière et la composition provenant de capteurs d'imagerie sur le terrain, en laboratoire et même dans l'espace.
L'imagerie spectrale analyse les spectres de réflectance ou les données de longueur d'onde de la lumière. Il peut utiliser des technologies telles que les miroirs réfléchissants, les prismes, les objectifs et les capteurs de lumière, à l'instar des composants et des puces à dispositif à couplage de charge (CCD) à l'intérieur d'un appareil photo numérique. Combinée à la technologie d'imagerie à distance, l'imagerie spectrale est utilisée pour mesurer les longueurs d'onde du spectre électromagnétique diffusé par un matériau cible. Des dispositifs appelés spectromètres et spectroradiomètres notent les variations de la longueur d'onde d'énergie de la lumière réfléchie par une cible et permettent aux observateurs de déterminer la composition du matériau ou du paysage.
L'imagerie hyperspectrale utilise la puissance de calcul moderne pour combiner les données de nombreuses images et ajouter la troisième dimension des données spectrales directement à l'image. Cet ensemble de données est empilé dans un «cube hyperspectral», semblable à une pile d'instantanés, dans laquelle chaque pixel contient ses données spectrales. L'imagerie multispectrale combine les données de dizaines ou de centaines de bandes électromagnétiques (EM), mais les cubes hyperspectraux peuvent traiter des données provenant de milliers de bandes.
L'imagerie multispectrale utilise normalement les données de plusieurs capteurs, tandis que les données hyperspectrales sont souvent collectées sous la forme d'un ensemble de bandes contiguës provenant d'un seul capteur. Plus il y a de données, plus l'image est nette. Plus l'image est claire, plus il est facile de déterminer à partir de quelle substance ou de quelles substances le sujet est fabriqué.
Certaines applications de l'imagerie hyperspectrale comprennent l'analyse chimique, la microscopie à fluorescence, l'imagerie thermique, les découvertes archéologiques et les enquêtes judiciaires. L'imagerie médicale hyperspectrale extrait les longueurs d'onde visuelles d'une région spatiale et synthétise les tranches en une "carte topographique" prête à une analyse médicale claire des propriétés des tissus pour des diagnostics variés ou à des fins de recherche. Cette technologie d'imagerie peut capter davantage la bande EM que la lumière visible, y compris les longueurs d'ondes infrarouges et ultraviolettes, afin d'améliorer les informations qui pourraient sinon rester invisibles à l'œil nu. Tous les matériaux contiennent des signatures spectrales qui peuvent fournir des indices essentiels pour une multitude d'applications dans de nombreux domaines.
Par exemple, en comprenant les différences de composition chimique du sol et de la croissance des plantes, les enquêteurs en criminalistique sont en mesure de localiser des lieux de sépulture autrement inconnus. En effet, la décomposition différencie les spectres de réflectance de la croissance des plantes de leur environnement. En termes simples, la chlorophylle supplémentaire contenue dans les plantes fertilisées par décomposition les fait ressortir de manière beaucoup plus visible dans les données hyperspectrales qu’à l’œil nu.
La télédétection et l'imagerie numérique trouvent de nouvelles applications sur une base continue. Des bibliothèques spéciales contenant des données spectrales connues de matériaux sont de plus en plus mises à la disposition des chercheurs et des civils par des organisations telles que la National Aeronautics and Space Administration (NASA) des États-Unis. De nouvelles applications pour cette technique ont été continuellement développées dans de nombreux secteurs. Les utilisations agricoles peuvent inclure la détermination des variétés de plantes, des conditions d’eau et de nutriments et la détection précoce de la maladie. Au fur et à mesure que la technologie devient plus accessible au public, de nouvelles applications devraient continuellement être développées, ce qui représente un avantage considérable par rapport au pouvoir analytique relativement limité de la spectroscopie à point unique.
La technologie d'imagerie thermique est utilisée depuis longtemps dans les systèmes de surveillance militaires ou aériens. Pour cette raison, des techniques spéciales conçues pour contrecarrer cette technologie ont été développées afin de masquer les signatures thermiques des forces terrestres. L'imagerie hyperspectrale pourrait vaincre ces contre-mesures avec sa multitude de mesures de bande spectrale, offrant une analyse de précision permettant de découvrir les «empreintes» spectrales de la cible.
Le spectre entier est rassemblé pour chaque pixel d’information, de sorte que l’observateur n’a pas besoin de connaître au préalable un matériau pour effectuer une analyse. Le traitement informatique peut inclure toutes les données disponibles pour une analyse complète d'un échantillon. Cela nécessite des ressources informatiques dédiées, notamment des équipements sensibles coûteux et une grande capacité de stockage de données. Un cube hyperspectral représente des jeux de données multidimensionnels nécessitant chacun des centaines de mégaoctets à traiter.