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 quali analisi topografica di giacimenti minerari o fattorie, sorveglianza militare, analisi di tessuti medici e mappatura archeologica. L’imaging iperspettrale fornisce una grande quantità di dati di luce e composizione dai sensori di imaging sul campo, in laboratorio e persino nello spazio.
L’imaging spettrale analizza gli spettri di riflettanza oi dati sulla lunghezza d’onda della luce. Potrebbe utilizzare tecnologie come specchi riflettenti, prismi, lenti e sensori di luce, proprio come i componenti e i chip del dispositivo ad 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 diffuse da un materiale target. I dispositivi chiamati spettrometri e spettroradiometri rilevano le variazioni nella 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 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 provenienti da più sensori, mentre i dati iperspettrali vengono spesso raccolti come un insieme di bande contigue da un singolo sensore. Maggiore è il numero di dati, più chiara è l’immagine. Più chiara è l’immagine, più facile è determinare da quale sostanza o sostanze è fatto il soggetto.
Alcune applicazioni dell’imaging iperspettrale includono analisi chimiche, microscopia a fluorescenza, imaging termico, scoperte archeologiche e indagini forensi. L’imaging iperspettrale medico 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 rispetto alla luce visibile, comprese le lunghezze d’onda infrarosse e ultraviolette, in modo da poter migliorare le informazioni che altrimenti potrebbero non essere viste 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 nella crescita delle piante, gli investigatori forensi sono in grado di individuare tombe altrimenti sconosciute. Questo perché la decomposizione differenzia gli spettri di riflettanza della crescita delle piante dall’ambiente circostante. In parole povere, la clorofilla extra contenuta nelle piante fecondate dalla decomposizione le fa risaltare molto più visibilmente nei dati iperspettrali che a occhio nudo.
Il telerilevamento e l’imaging digitale trovano continuamente nuove applicazioni. Librerie speciali che ospitano dati spettrali noti dei materiali sono state messe sempre più a disposizione di 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 delle varietà vegetali, delle condizioni dell’acqua e dei nutrienti e la diagnosi precoce delle malattie. Man mano che la tecnologia diventa più disponibile al pubblico, ci si aspetta che vengano continuamente sviluppate nuove applicazioni per ottenere grandi vantaggi 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 le firme di calore delle forze di terra dall’aria. L’imaging iperspettrale potrebbe vanificare queste contromisure con la sua moltitudine di misurazioni della banda spettrale, offrendo un’analisi di precisione che può portare alla luce 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 informatica può includere tutti i dati disponibili per un’analisi completa di un campione. Ciò richiede risorse informatiche dedicate, comprese costose apparecchiature sensibili e una grande capacità di archiviazione dei dati. Un cubo iperspettrale rappresenta set di dati multidimensionali che richiedono centinaia di megabyte ciascuno per essere elaborati.