La imagen poliespectral (multiespectral e hiperespectral) consiste básicamente en tomar imágenes usando una parte reducida del espectro de longitudes de onda que es capaz de detectar el sensor. Esto se consigue filtrando la luz incidente de forma que se deje pasar sólo la banda de interés. De esta forma se obtiene sólo una imagen, pero el proceso se puede repetir para distintos rangos espectrales, o bien se puede hacer uso de una tecnología que permita tomar distintas regiones del espectro de forma simultánea, o cuasi simultánea. Obtendremos la respuesta del objeto evaluado frente a los distintos colores (rangos espectrales). Digamos que cada imagen es el resultado únicamente de cada uno de los "colores" que el objeto refleja.
El análisis de las distintas imágenes dará información muy valiosa del estado o las propiedades del objeto.
Según la tecnología utilizada se podrán identificar más o menos bandas espectrales. Nadie se pone de acuerdo, pero parece aceptado que:
- cámaras o sistemas de imagen multiespectral: hasta 10 bandas
- cámaras o sistemas de imagen hiperespectral: más de 10 bandas
Tecnología hiperespectral de Nireos-HERA
Basado en espectroscopia de transformada de Fourier (FT), una técnica que utiliza la interferencia de la luz en lugar de la dispersión para medir los espectros. La luz se divide en dos réplicas colineales con retardo de tiempo, cuyo patrón de interferencia es medido por un detector en función de su retardo. La FT del interferograma resultante produce el espectro de intensidad continua de la forma de onda. Los espectrómetros FT tienen ventajas destacadas sobre los dispersivos:
(i) mayor relación señal-ruido en un régimen dominado por el ruido de lectura (ventaja múltiplex o de Fellgett)
(ii) mayor rendimiento y mayor extensión del sistema, debido a la ausencia de rendijas (ventaja de Jacquinot)
(iii) mayor precisión de longitud de onda (ventaja de Connes).
Además, los espectrómetros FT proporcionan una resolución espectral flexible, que se ajusta (mediante software) a voluntad variando el retraso máximo de escaneo y no afecta el rendimiento del dispositivo.
Más aún, nuestro interferómetro es ultraestable y completamente insensible a las vibraciones externas. A diferencia de los interferómetros de Michelson o Mach-Zehnder, nuestro dispositivo no separa las dos réplicas en el espacio (lo que provocaría inestabilidades mecánicas) sino en la polarización. Para ello, hace uso de la birrefringencia. En esta clase de materiales, la luz polarizada vertical y horizontalmente experimenta un índice de refracción diferente y, por lo tanto, se propaga con una velocidad diferente. Es posible variar el retardo entre las dos réplicas cambiando la inserción de una cuña birrefringente, variando así continuamente el grosor del material.
Nuestro interferómetro de ruta común pasivo patentado presenta inherentemente una estabilidad de retardo y reproducibilidad extremadamente altas (mejor que 1 attosegundo, es decir, aproximadamente una milésima de la longitud de onda). Por esta razón, se puede utilizar sin ningún control activo ni seguimiento de posición, incluso en entornos hostiles, como industrias en presencia de vibraciones.
En este vídeo pude aprender más sobre la tecnología FT y el funcionamiento del interferómetro Gemini.
Tecnología hiperespectral de Haip-Black
Haip usa la tecnología más prominente para aplicaciones en línea, "push-broom", y la adapta a las necesidades de la aplicación. Haip es una empresa orientada a aplicaciones y uso, no a tecnología en sí. Por ello, además de sensores de línea para intgrción en máquina ha desarrollado productos destinados a facilitar el uso de esta tecnología. Así, determinados productos implemtnan un dispositivo escaneante, de forma que se elimina la condición de uso de la tecnología push-broom, que es el movimiento relativo entre la cámara y el objeto a medir. De esta forma, las aplicaciones estáticas también quedan cubiertas sin necesidad de accesorios.
Igualmene presenta un sistema de mano con iluminacion incorporada, muy apreciada en cultivos o para empresas de servicios, por ejemplo. Fianlemente y dado al uje del uso de técnicas de imagen poliespectral en drones, UAV o RPAS, Haip ha desarrollado una cámara en gimbal con conexión direca para drones DJI.
Tecnología multiespectral de Silios
La tecnología Color Shades(R) es una técnica de fabricación única desarrollada por Silios Technologies para producir filtros pixelados multiespectrales.
Hechas por hibridación de una matriz tipo Bayer personalizada sobe un sensor comercial CMOS o InGaAs, las cámaras multiespectrales de Silios permiten extraer el espectro en cada punto de la imagen.
El sensor se reparte en “n” zonas y en cada una de ellas se aplica un tipo de filtro espectral en todos sus píxeles. De esta forma, cada zona registra la imagen correspondiente a un color, a una banda espectral.
Así se consigue todas las imágenes espectrales a la vez, siendo las cámaras de Silios por tanto de tipo snapshot real.
Una ventaja añadida de la tecnología de Silios es el bajo nivel de resonancia de sus filtros (factor Q bajo). Esto implica:
- baja sensibilidad al ángulo de incidencia de la luz: aparecen sólo pequeños cambios en las bandas espectrales con ángulos de hasta 15°. Otras tecnologías que también reparten el sensor aceptan por el contrario sólo campos de visión (FoV) muy pequeños que obligan al uso de lentes de focales muy grandes.
- alta sensibilidad, gracias a una alta transmisión de luz
Aplicaciones típicas de las cámaras y sistemas de imagen poliespectral son:
- vegetación: clasificación e identificación de especies, NDVI, salud de plantas y estudio de estrés hídrico
- aguas: análisis y contaminantes; monitorización de humedales
- tierras, cultivos y agricultura: análisis de componentes, nutrientes o fertilizantes
- detección y estudio de fuegos
- industria agroalimentaria: alimentos, bebidas; clasificación y empaquetado (packaging)
- materiales, minería, petroquímica
- arqueología y arte
- biomedicina y biociencias; microscopía
- salud: estudio de tejidos, enfermedades, heridas
- industria farmacéutica
- identificación de superficies y recubrimientos
- reciclado y gestión de residuos
- ciencia forense
- identificación de falsificaciones
- sensado remoto
- solar fotovoltaica, perovskita
- visión artificial en general
- aplicaciones aéreas, en campo, de laboratorio, industriales o de I+D en general
En Iberoptics podemos ofrecerle una variada gama de cámaras multiespectrales e hiperespectrales:
- VIS-NIR (VNIR): 400 - 1000 nm
- Multiespectral (Silios)
- Hiperespectral (Nireos)
- SWIR: 900 - 1700 / 900-2500 nm
- Multiespectral (Silios)
- Hiperespectral 900-1700nm (Nireos)
- Hiperespectral 900-2300nm (Nireos)
