L’imagerie hyperspectrale est une technique qui ajoute une troisième dimension colorée à une image réfléchie qui contient les données spectrales de la cible. Il peut être utilisé dans des applications telles que l’analyse topographique de gisements minéraux ou de fermes, la surveillance militaire, l’analyse de tissus médicaux et la cartographie archéologique. L’imagerie hyperspectrale fournit une multitude de données de lumière et de composition à partir de capteurs d’imagerie sur le terrain, en laboratoire et même dans l’espace.
L’imagerie spectrale analyse les spectres de réflectance ou les données de longueur d’onde de la lumière. Il peut utiliser des technologies telles que des miroirs réfléchissants, des prismes, des lentilles et des capteurs de lumière, un peu comme les composants et les puces de dispositif à couplage de charge (CCD) à l’intérieur d’un appareil photo numérique. Combinée à la technologie d’imagerie à distance, l’imagerie spectrale est utilisée pour mesurer les longueurs d’onde du spectre électromagnétique diffusé par un matériau cible. Des dispositifs appelés spectromètres et spectroradiomètres notent les variations de la longueur d’onde énergétique de la lumière réfléchie par une cible et permettent aux observateurs de déterminer la composition de la matière ou du paysage.
L’imagerie hyperspectrale utilise la puissance de calcul moderne pour combiner les données de nombreuses images et ajouter la troisième dimension des données spectrales directement à l’image. Cet ensemble de données est empilé dans un « cube hyperspectral », comme une pile d’instantanés, dans lequel chaque pixel contient ses données spectrales. L’imagerie multispectrale combine des données de dizaines ou de centaines de bandes électromagnétiques (EM), mais les cubes hyperspectraux peuvent traiter les données de milliers de bandes.
L’imagerie multispectrale utilise normalement les données de plusieurs capteurs, tandis que les données hyperspectrales sont souvent collectées sous la forme d’un ensemble de bandes contiguës à partir d’un seul capteur. Plus il y a de données, plus l’image est claire. Plus l’image est claire, plus il est facile de déterminer à partir de quelle(s) substance(s) le sujet est fait.
Certaines applications de l’imagerie hyperspectrale comprennent l’analyse chimique, la microscopie à fluorescence, l’imagerie thermique, la découverte archéologique et l’investigation médico-légale. L’imagerie hyperspectrale médicale extrait les longueurs d’onde visuelles d’une région spatiale et synthétise les tranches en une « carte topographique » prête pour une analyse médicale claire des propriétés des tissus à des fins de diagnostic ou de recherche. Cette technologie d’imagerie peut capturer une plus grande partie de la bande EM que la lumière visible, y compris les longueurs d’onde infrarouges et ultraviolettes, de sorte qu’elle peut améliorer les informations qui pourraient autrement passer inaperçues à l’œil nu. Tous les matériaux contiennent des signatures spectrales qui peuvent fournir des indices essentiels pour une pléthore d’applications dans de nombreux domaines.
Par exemple, en comprenant les différences dans la composition chimique du sol et la croissance des plantes, les enquêteurs médico-légaux sont en mesure de localiser des tombes autrement inconnues. En effet, la décomposition différencie les spectres de réflectance de la croissance des plantes de leur environnement. En termes simples, l’excès de chlorophylle contenue dans les plantes fertilisées par décomposition les fait ressortir beaucoup plus visiblement dans les données hyperspectrales qu’à l’œil nu.
La télédétection et l’imagerie numérique trouvent en permanence de nouvelles applications. Des bibliothèques spéciales contenant des données spectrales connues de matériaux sont de plus en plus mises à la disposition des chercheurs et des civils par des organisations telles que la National Aeronautics and Space Administration (NASA) des États-Unis. De nouvelles applications pour cette technique ont été continuellement développées dans de nombreuses industries. Les utilisations agricoles peuvent inclure la détermination des variétés de plantes, les conditions de l’eau et des éléments nutritifs et la détection précoce des maladies. Au fur et à mesure que la technologie devient plus accessible au public, de nouvelles applications devraient être continuellement développées pour un grand avantage par rapport à la puissance analytique relativement limitée de la spectroscopie à point unique.
La technologie d’imagerie thermique est utilisée depuis longtemps dans la surveillance militaire ou aéroportée. Pour cette raison, des techniques spéciales conçues pour contrecarrer cette technologie ont été développées, afin de masquer les signatures thermiques des forces terrestres de l’air. L’imagerie hyperspectrale pourrait vaincre ces contre-mesures avec sa multitude de mesures de bandes spectrales, offrant une analyse de précision qui peut déterrer les « empreintes digitales » spectrales de la cible.
L’ensemble du spectre est collecté pour chaque pixel d’information, de sorte que l’observateur n’a besoin d’aucune connaissance préalable d’un matériau pour effectuer une analyse. Le traitement informatique peut inclure toutes les données disponibles pour une analyse complète d’un échantillon. Cela nécessite des ressources informatiques dédiées, notamment des équipements sensibles coûteux et une grande capacité de stockage de données. Un cube hyperspectral représente des ensembles de données multidimensionnels nécessitant chacun des centaines de mégaoctets pour être traités.