Che cos'è l'imaging iperspettrale?
L'imaging iperspettrale è una tecnica che aggiunge una terza dimensione colorata a un'immagine riflessa che contiene i dati spettrali del bersaglio. Può essere utilizzato in applicazioni come analisi topografiche di depositi minerali o fattorie, sorveglianza militare, analisi dei tessuti medici e cartografia archeologica. L'imaging iperspettrale fornisce una vasta gamma di dati sulla luce e sulla composizione provenienti dai sensori di imaging sul campo, in laboratorio e persino nello spazio.
L'imaging spettrale analizza spettri di riflettanza o dati sulla lunghezza d'onda della luce. Potrebbe utilizzare la tecnologia come specchi riflettenti, prismi, obiettivi e sensori di luce, in modo simile ai componenti e ai chip del dispositivo di accoppiamento di carica (CCD) all'interno di una fotocamera digitale. In combinazione con la tecnologia di imaging remoto, l'imaging spettrale viene utilizzato per misurare le lunghezze d'onda dello spettro elettromagnetico disperse da un materiale bersaglio. I dispositivi chiamati spettrometri e spettroradiometri rilevano le variazioni della lunghezza d'onda dell'energia della luce riflessa da un bersaglio e consentono agli osservatori di determinare la composizione compositiva del materiale o del paesaggio.
L'imaging iperspettrale utilizza la moderna potenza di calcolo per combinare i dati di molte immagini e aggiungere la terza dimensione dei dati spettrali direttamente all'immagine. Questo set di dati è impilato in un "cubo iperspettrale", come una pila di istantanee, in cui ogni pixel contiene i suoi dati spettrali. L'imaging multispettrale combina i dati di decine o centinaia di bande elettromagnetiche (EM), ma i cubi iperspettrali possono elaborare dati da migliaia di bande.
L'imaging multispettrale normalmente utilizza i dati di più sensori, mentre i dati iperspettrali vengono spesso raccolti come un insieme di bande contigue da un singolo sensore. Più dati, più chiara è l'immagine. Più chiara è la foto, più facile da determinare da quale sostanza o sostanze è fatta la materia.
Alcune applicazioni dell'imaging iperspettrale includono l'analisi chimica, la microscopia a fluorescenza, l'imaging termico, la scoperta archeologica e l'indagine forense. L'imaging medico iperspettrale estrae le lunghezze d'onda visive di una regione spaziale e sintetizza le sezioni in una "mappa topografica" pronta per una chiara analisi medica delle proprietà dei tessuti per varie diagnosi o scopi di ricerca. Questa tecnologia di imaging può catturare più della banda EM della luce visibile, comprese le lunghezze d'onda infrarossa e ultravioletta, quindi può migliorare le informazioni che altrimenti potrebbero non essere visibili ad occhio nudo. Tutti i materiali contengono firme spettrali che possono fornire indizi vitali per una pletora di applicazioni in molti campi.
Ad esempio, comprendendo le differenze nella composizione chimica del suolo e della crescita delle piante, i ricercatori forensi sono in grado di individuare gravesite altrimenti sconosciute. Questo perché la decomposizione differenzia gli spettri di riflessione della crescita delle piante dall'ambiente circostante. In parole povere, la clorofilla extra contenuta nelle piante fertilizzate dalla decomposizione le fa risaltare molto più visibilmente nei dati iperspettrali che a occhio nudo.
Il telerilevamento e l'imaging digitale trovano nuove applicazioni su base continuativa. Biblioteche speciali contenenti dati spettrali noti di materiali sono state rese sempre più disponibili a ricercatori e civili da organizzazioni come la National Aeronautics and Space Administration (NASA) degli Stati Uniti. Nuove applicazioni per questa tecnica sono state continuamente sviluppate in molti settori. Gli usi agricoli potrebbero includere la determinazione di varietà vegetali, le condizioni dell'acqua e dei nutrienti e la diagnosi precoce della malattia. Man mano che la tecnologia diventerà più disponibile al pubblico, si prevede che le nuove applicazioni saranno continuamente sviluppate per un grande vantaggio rispetto al potere analitico relativamente limitato della spettroscopia a punto singolo.
La tecnologia di imaging termico è stata a lungo utilizzata nella sorveglianza militare o aerea. Per questo motivo, sono state sviluppate tecniche speciali progettate per contrastare questa tecnologia, al fine di mascherare i segni di calore delle forze di terra dall'aria. L'imaging iperspettrale potrebbe sconfiggere queste contromisure con la sua moltitudine di misurazioni della banda spettrale, offrendo analisi di precisione in grado di scoprire le "impronte digitali" spettrali del bersaglio.
L'intero spettro viene raccolto per ogni pixel di informazione, quindi l'osservatore non richiede alcuna conoscenza preliminare di un materiale per effettuare un'analisi. L'elaborazione computerizzata può includere tutti i dati disponibili per un'analisi completa di un campione. Ciò richiede risorse di elaborazione dedicate, tra cui apparecchiature costose e una grande capacità di archiviazione dei dati. Un cubo iperspettrale rappresenta set di dati multidimensionali che richiedono l'elaborazione di centinaia di megabyte ciascuno.