Imagen de píxel único vs. pushbroom vs. snapshot: ¿qué tecnología hiperespectral elegir?
Las cámaras hiperespectrales se basan en tres grandes estrategias de adquisición. Cada una establece un compromiso distinto entre resolución espacial, resolución espectral, velocidad de adquisición, tolerancia al movimiento y coste. Comprender estos compromisos importa más que cualquier cifra aislada de una ficha técnica a la hora de elegir un sensor para una aplicación real.
Imagen hiperespectral pushbroom (barrido de línea)
Una cámara hiperespectral pushbroom, o de barrido de línea, captura una línea espacial de la escena cada vez, dispersada en su espectro completo mediante una red de difracción, y construye el cubo hiperespectral 2D completo línea a línea a medida que la cámara o la escena se desplazan por debajo. Los sensores pushbroom ofrecen una alta resolución espacial y espectral, y son la opción estándar para sistemas aerotransportados, montados en drones o de inspección en cinta transportadora, donde el movimiento es controlado y predecible. Su principal limitación es precisamente ese requisito: la escena y el sensor deben moverse el uno respecto al otro a una velocidad conocida y constante, lo que hace del pushbroom una mala opción para escenas estáticas o con movimiento impredecible.
Imagen hiperespectral snapshot
Una cámara hiperespectral snapshot captura toda la escena espacial y un conjunto de bandas espectrales en una sola exposición, normalmente mediante un mosaico de filtros espectrales unido directamente a la matriz del sensor, un principio similar al filtro de Bayer de una cámara RGB. Esto hace que las cámaras snapshot sean muy adecuadas para movimientos rápidos o impredecibles, ya que no existe una etapa de barrido. La contrapartida es un número fijo, normalmente modesto, de bandas espectrales, determinado por el mosaico de filtros en fabricación, y una resolución espacial repartida entre los píxeles del sensor y el número de bandas espectrales capturadas.
Imagen hiperespectral de píxel único (comprimida)
La imagen hiperespectral de píxel único, o comprimida, adopta un enfoque todavía distinto: sustituye por completo la matriz de detectores por un único espectrómetro y un modulador espacial de luz, normalmente un videoproyector, que proyecta una secuencia de patrones estructurados sobre la escena estática. Como un espectrómetro mide de forma nativa cientos de bandas espectrales con alta resolución, el cubo hiperespectral reconstruido puede alcanzar una resolución espectral muy fina a una fracción del coste de hardware de un sensor basado en matriz. A cambio de velocidad de adquisición, ya que se requieren varias proyecciones por imagen, ofrece riqueza espectral y bajo coste, lo que la hace muy adecuada para mediciones en laboratorio, fablab y campo en condiciones estáticas, más que para el barrido de alta velocidad.
De un vistazo
| Pushbroom | Snapshot | Píxel único (ONE-PIX / PRO-PIX) | |
|---|---|---|---|
| Resolución espacial | Alta | Media, compromiso con el número de bandas | Configurable, ligada a la resolución del proyector |
| Resolución espectral | Alta | Baja a media, fijada por el mosaico de filtros | Muy alta, resolución nativa del espectrómetro |
| Velocidad de adquisición | Rápida, requiere movimiento relativo | La más rápida, exposición única | Más lenta, varias proyecciones por imagen |
| Más adecuada para | Barrido aerotransportado, dron, cinta transportadora | Movimiento rápido o impredecible, tiempo real | Escenas estáticas o cuasi estáticas, mediciones puntuales en laboratorio y campo |
| Coste de hardware típico | Alto | Alto | Bajo a moderado |
¿Cuál elegir?
Si su escena se desplaza frente al sensor a una velocidad conocida y controlada, el pushbroom suele ser la opción adecuada. Si necesita capturar movimiento rápido o impredecible en una sola exposición y puede aceptar menos bandas espectrales, el snapshot es la mejor opción. Si su prioridad es una resolución espectral fina y un bajo coste de hardware en escenas que pueden medirse en estático, ya sea en un laboratorio, un fablab o una estación de campo fija, la imagen comprimida de píxel único, el enfoque detrás de ONE-PIX y PRO-PIX, está diseñada precisamente para ese caso.