Qu'est-ce que l'imagerie hyperspectrale compressive ?
Une explication simple de l’imagerie hyperspectrale, de l’acquisition compressive et de l’imagerie à pixel unique, et de la façon dont Photonics Open Projects les combine.
L'imagerie hyperspectrale, en termes simples
L’imagerie hyperspectrale capture de nombreuses bandes spectrales étroites et contiguës en chaque point d’une scène, au lieu des trois larges bandes rouge, verte et bleue enregistrées par une caméra standard. Le résultat est un spectre de réflectance complet pour chaque pixel, une signature spectrale capable de révéler la composition, la maturité, le taux d’humidité, une maladie ou l’identité d’un matériau bien avant que cela ne devienne visible à l’œil nu.
L'acquisition compressive
Une caméra hyperspectrale conventionnelle doit enregistrer des centaines de bandes spectrales pour chaque pixel de la scène, ce qui multiplie le volume de données brutes ainsi que le coût de l’optique et des détecteurs. L’acquisition compressive prend une autre voie : elle acquiert bien moins de mesures qu’un capteur conventionnel n’en aurait besoin, puis reconstruit l’ensemble du cube de données par le calcul. Cela fonctionne car la plupart des scènes réelles sont redondantes, ou parcimonieuses, dans une base mathématique appropriée, si bien qu’un nombre relativement restreint de mesures bien choisies suffit à reconstruire le signal complet. Le bénéfice est un coût matériel plus faible, une acquisition plus rapide et moins de données brutes à transférer et stocker.
L'imagerie à pixel unique
L’imagerie à pixel unique est une manière concrète de mettre en œuvre l’acquisition compressive. Plutôt qu’une matrice de milliers ou de millions de détecteurs, elle utilise un unique capteur physique, dans notre cas un spectromètre, associé à un modulateur spatial de lumière, généralement un vidéoprojecteur standard, qui projette une séquence de motifs de lumière structurée sur la scène. Pour chaque motif, le spectromètre mesure le spectre de la lumière réfléchie par l’ensemble de la scène. Après un nombre suffisant de projections, un algorithme de reconstruction combine toutes ces mesures spectrales ponctuelles pour reconstituer une image hyperspectrale complète, à la fois carte spatiale et signature spectrale.
Comment ONE-PIX et PRO-PIX appliquent ces principes
ONE-PIX transforme n’importe quel spectromètre contrôlable via Python en caméra hyperspectrale à pixel unique, en l’associant à un vidéoprojecteur standard, à un Raspberry Pi embarqué pour la synchronisation, et à un logiciel de reconstruction open source, rendant la technique accessible aux salles de classe, aux fablabs et aux laboratoires de recherche. PRO-PIX intègre le même principe d’acquisition compressive à pixel unique dans un capteur industriel certifié IP65, reconfigurable en matériel et en logiciel, conçu pour un usage continu en agriculture de précision, agroalimentaire, géologie et santé.