O que é imagem hiperespectral?
A imagem hiperespectral é uma técnica que adiciona uma terceira dimensão colorida a uma imagem refletida que contém os dados espectrais do alvo. Pode ser usado em aplicações como análise topográfica de depósitos ou fazendas minerais, vigilância militar, análise de tecidos médicos e mapeamento arqueológico. A imagem hiperespectral fornece uma riqueza de dados de luz e composição dos sensores de imagem no campo, no laboratório e até no espaço.
A imagem espectral analisa espectros de refletância ou dados de comprimento de onda da luz. Pode usar tecnologia como espelhos refletores, prismas, lentes e sensores de luz, assim como os componentes e os chips do dispositivo acoplado a carga (CCD) dentro de uma câmera digital. Combinada com a tecnologia de imagem remota, a imagem espectral é usada para medir os comprimentos de onda do espectro eletromagnético espalhado por um material alvo. Dispositivos chamados espectrômetros e espectroradiômetros observam variações no comprimento de onda da energia refletida em um alvo e permitem que os observadores determinem a composição da composição do material ou da paisagem.
A imagem hiperespectral usa o poder da computação moderna para combinar dados de muitas imagens e adicionar a terceira dimensão de dados espectrais diretamente à imagem. Esse conjunto de dados é empilhado em um "cubo hiperespectral", como uma pilha de instantâneos, na qual cada pixel contém seus dados espectrais. A imagem multiespectral combina dados de dezenas ou centenas de bandas eletromagnéticas (EM), mas os cubos hiperespectrais podem processar dados de milhares de bandas.
A geração de imagens multiespectrais normalmente utiliza dados de vários sensores, enquanto os dados hiperespectrais geralmente são coletados como um conjunto de bandas contíguas de um único sensor. Quanto mais dados, mais clara a imagem. Quanto mais nítida for a imagem, mais fácil será determinar de que substância ou substâncias o objeto é produzido.
Algumas aplicações da imagem hiperespectral incluem análise química, microscopia de fluorescência, imagem térmica, descoberta arqueológica e investigação forense. A imagem hiperespectral médica extrai comprimentos de onda visuais de uma região espacial e sintetiza as fatias em um "mapa topográfico" pronto para uma análise médica clara das propriedades do tecido para vários diagnósticos ou propósitos de pesquisa. Essa tecnologia de imagem pode capturar mais da banda EM do que a luz visível, incluindo comprimentos de onda infravermelho e ultravioleta, para melhorar as informações que, de outra forma, não seriam vistas a olho nu. Todos os materiais contêm assinaturas espectrais que podem fornecer pistas vitais para uma infinidade de aplicações em muitos campos.
Por exemplo, ao entender as diferenças na composição química do solo e no crescimento das plantas, os investigadores forenses são capazes de identificar locais de sepultura desconhecidos. Isso ocorre porque a decomposição diferencia os espectros de refletância do crescimento das plantas e seus arredores. Simplificando, a clorofila extra contida nas plantas fertilizadas pela decomposição faz com que elas se destaquem muito mais visivelmente em dados hiperespectrais do que a olho nu.
O sensoriamento remoto e a imagem digital encontram novas aplicações continuamente. Bibliotecas especiais que abrigam dados espectrais conhecidos de materiais foram cada vez mais disponibilizadas para pesquisadores e civis por organizações como a Administração Nacional de Aeronáutica e Espaço (NASA) dos Estados Unidos. Novas aplicações para esta técnica têm sido desenvolvidas continuamente em muitos setores. Os usos agrícolas podem incluir a determinação de variedades de plantas, condições de água e nutrientes e a detecção precoce de doenças. À medida que a tecnologia se torna mais disponível ao público, espera-se que novas aplicações sejam desenvolvidas continuamente para grande vantagem sobre o poder analítico relativamente limitado da espectroscopia de ponto único.
A tecnologia de imagem térmica é usada há muito tempo em vigilância militar ou aérea. Por esse motivo, foram desenvolvidas técnicas especiais projetadas para impedir essa tecnologia, a fim de mascarar as assinaturas de calor das forças terrestres do ar. A imagem hiperespectral pode derrotar essas contramedidas com sua infinidade de medições de banda espectral, oferecendo análises de precisão que podem descobrir as “impressões digitais” espectrais do alvo.
Todo o espectro é coletado para cada pixel de informação, de modo que o observador não requer conhecimento prévio de um material para fazer uma análise. O processamento do computador pode incluir todos os dados disponíveis para uma análise completa de uma amostra. Isso requer recursos de computação dedicados, incluindo equipamentos sensíveis dispendiosos e uma grande capacidade de armazenamento de dados. Um cubo hiperespectral representa conjuntos de dados multidimensionais que exigem centenas de megabytes cada para processar.