¿Qué es la imagen hiperespectral comprimida?
Una explicación sencilla de la imagen hiperespectral, la detección comprimida y la imagen de píxel único, y de cómo Photonics Open Projects las combina.
La imagen hiperespectral, en términos sencillos
La imagen hiperespectral captura numerosas bandas espectrales estrechas y contiguas en cada punto de una escena, en lugar de las tres bandas amplias de rojo, verde y azul que registra una cámara estándar. El resultado es un espectro de reflectancia completo para cada píxel, una firma espectral capaz de revelar composición, madurez, contenido de humedad, enfermedad o identidad de un material mucho antes de que nada de ello sea visible a simple vista.
La detección comprimida
Una cámara hiperespectral convencional debe registrar cientos de bandas espectrales para cada píxel de la escena, lo que multiplica el volumen de datos brutos y el coste de la óptica y los detectores implicados. La detección comprimida sigue otro camino: adquiere muchas menos mediciones de las que necesitaría un sensor convencional, y después reconstruye el cubo de datos completo mediante cálculo. Esto funciona porque la mayoría de las escenas reales son redundantes, o dispersas, en una base matemática adecuada, de modo que un número relativamente pequeño de mediciones bien elegidas basta para reconstruir la señal completa. El resultado es un menor coste de hardware, una adquisición más rápida y menos datos brutos que transferir y almacenar.
La imagen de píxel único
La imagen de píxel único es una forma práctica de implementar la detección comprimida. En lugar de una matriz de miles o millones de detectores, utiliza un único sensor físico, en nuestro caso un espectrómetro, combinado con un modulador espacial de luz, normalmente un videoproyector estándar, que proyecta una secuencia de patrones de luz estructurada sobre la escena. Para cada patrón, el espectrómetro mide el espectro de la luz reflejada por toda la escena. Tras un número suficiente de proyecciones, un algoritmo de reconstrucción combina todas estas mediciones espectrales puntuales para recuperar una imagen hiperespectral completa, mapa espacial y firma espectral a la vez.
Cómo aplican ONE-PIX y PRO-PIX estos principios
ONE-PIX convierte cualquier espectrómetro controlable mediante Python en una cámara hiperespectral de píxel único, combinándolo con un videoproyector estándar, una Raspberry Pi integrada para la sincronización y un software de reconstrucción de código abierto, haciendo la técnica accesible a aulas, fablabs y laboratorios de investigación. PRO-PIX integra el mismo principio de detección comprimida de píxel único en un sensor industrial con protección IP65, reconfigurable en hardware y software, diseñado para un uso continuo en agricultura de precisión, procesamiento de alimentos, geología y salud.