A imagem hiperespectral é a mais abrangente das três tecnologias comuns de processamento de imagem. As outras duas tecnologias são imagens vermelho-verde-azul (RGB) e imagens multiespectrais. Todos os três são não invasivos e não destrutivos e oferecem aos engenheiros e cientistas diferentes maneiras de analisar objetos.
A imagem RGB pode ser rápida e barata de implementar e fornece informações básicas sobre um objeto. A imagem multiespectral captura mais nuances nos vários comprimentos de onda que compõem o espectro visível. A imagem hiperespectral captura informações detalhadas sobre cada pixel em um espectro muito mais amplo, normalmente de 250 nanômetros (nm) a 15,000 nm e infravermelho térmico (Figura 1).
Multiespectral versus hiperespectral
A imagem multiespectral é um refinamento e uma extensão da imagem RGB usando mais bandas de espectro. Os dados resultantes podem ser suficientemente detalhados para permitir a análise das características físicas e químicas básicas de um objeto.
A imagem hiperespectral é diferente. Combina imagem com espectroscopia. Com a imagem hiperespectral, o espectro de cada pixel é capturado detalhadamente. Produz dados sobre o conteúdo espacial e espectral de uma imagem. A imagem hiperespectral oferece suporte à caracterização detalhada da composição de um objeto.
Uma câmera hiperespectral típica captura centenas de milhares de espectros para criar um cubo hiperespectral onde duas dimensões representam a estrutura espacial de uma imagem e a terceira dimensão é o conteúdo espectral. Além disso, a informação capturada é suficientemente detalhada para ser apresentada como uma representação contínua e não em intervalos espectrais discretos como aqueles usados para imagens RGB e multiespectrais (Figura 2).
O desenvolvimento comercial de imagens hiperespectrais foi possibilitado por avanços em imagens, incluindo a capacidade de separar rapidamente a luz refletida de um objeto em seus componentes espectrais usando técnicas como varredura espacial, varredura espectral, imagem instantânea e varredura espaço-espectral. A disponibilidade de sensores CMOS de alta resolução que operam em taxas de vídeo, juntamente com os avanços nos sistemas de processamento de imagem de alto desempenho, também são fatores-chave.
Qual é a aparência de uma câmera hiperespectral?
Existem várias maneiras de fazer uma câmera hiperespectral. Uma modalidade mostrada em Figura 3 começa com uma lente que foca uma imagem do objeto em uma fenda estreita que define a linha da imagem. A estreiteza da lista faz com que a luz difrate, e a lente colimadora é usada para alinhar o feixe e remover o efeito da difração. A luz então passa pela estrutura do prisma de rede de difração de prisma que a separa em seus componentes espectrais. Finalmente, uma lente foca a luz resultante em um sensor CMOS (não mostrado) que produz o cubo de hiperdados. Também não é mostrada a estrutura de espelho usada para escanear a cena e produzir as varreduras de linha individuais.
Para que serve a imagem hiperespectral?
Diferentes materiais podem ser identificados pela sua assinatura espectral. Embora tenha começado com imagens multiespectrais, o maior nível de detalhe possibilitado pela imagem hiperespectral elevou a capacidade de identificação e análise remota de materiais. A imagem hiperespectral pode ser implementada em linhas de produção, aeronaves, drones e satélites. É usado em uma ampla gama de aplicações, incluindo astronomia, agricultura, geologia, imagens biomédicas, monitoramento ambiental e muito mais.
Câmeras hiperespectrais estão disponíveis em vários fornecedores e foram otimizadas para usos específicos, incluindo:
- A imagem hiperespectral é usada para avaliar a saúde e os níveis de nutrientes nas culturas, permitindo que os agricultores apliquem seletivamente fertilizantes e medidas de controle de insetos, reduzindo custos e maximizando resultados.
- Análise de arte. A verificação do conteúdo químico dos materiais em um objeto de arte pode garantir que eles sejam consistentes com o período e apoiar a datação de obras de arte recém-descobertas.
- Processamento de comida. Na indústria da carne, a imagem hiperespectral é usada para medir a composição química para determinar o conteúdo de proteína ou identificar ossos, cartilagens e outros materiais. Também é usado para processos gerais de controle de qualidade, como determinar a maturação de frutas e vegetais.
- A capacidade de identificar materiais usando imagens hiperespectrais oferece suporte à classificação e gerenciamento automatizados de itens reciclados.
Resumo
A imagem hiperespectral captura e processa informações sobre um objeto em uma ampla faixa de comprimentos de onda, geralmente estendendo-se de 250 a 15,000 nm e infravermelho térmico. Produz informações muito mais diferenciadas do que imagens multiespectrais e permite uma análise mais detalhada de materiais e processos. Câmeras hiperespectrais comerciais foram projetadas para uma variedade de aplicações específicas.
Referências
Aplicações hiperespectrais e estudos de caso, RESONON
Estrutura de imagem hiperespectral de varredura de linha para plataformas de baixo custo e código aberto, sensoriamento remoto MDPI
O que é imagem hiperespectral?, NIREOS
O que é imagem hiperespectral?, SPECIM
Por que a imagem hiperespectral não é amplamente implementada e como mudar isso?, Netguru