Le potentiel de l'imagerie hyperspectrale

L'imagerie hyperspectrale (HSI) est une technique passive et non effractive qui détecte la lumière réfléchie. Elle combine les informations à spectre élevé de la caméra avec un logiciel d'intelligence artificielle, pour analyser et détecter des caractéristiques dans les images spatiales. Son potentiel lui offre un champ d'application élargi.

L'imagerie hyperspectrale (HSI) est une technologie passive et non effractive qui a été mise au point à l'origine par la NASA pour la télédétection, les satellites et les applications spatiales.

Cartographie minérale utilisant la HSI dans les longueurs d'onde visibles et du proche infrarouge. (Source : Ministère américain de la Défense https://archive.defense.gov/ et USGS) 

Parmi les autres applications, citons la détection environnementale (méthane), la médecine légale, la surveillance, etc.

La HSI s’est également imposée comme capteur fiable et robuste dans l'industrie du recyclage, où elle est déjà utilisée depuis plus d'une décennie. Récemment, la HSI s’est popularisée dans les industries alimentaires et agricoles et devrait poursuivre son développement de manière significative au cours des cinq prochaines années.

Contrôle de la qualité des avocats et de la teneur en graisse de la viande. 
(Source: specim.fi)

Répartition de l'humidité sur une tranche de pain et composition en graisses, sucres et humidité de sucreries. 
(Source : Campden Bri)

Technologie

La HSI est capable de capturer simultanément des images spatiales 2D dans plusieurs longueurs d'onde. En d'autres termes, chaque pixel d'une image hyperspectrale contient des informations au niveau des bandes spectrales qui ont été imagées.

La HSI est une technique passive et non effractive qui fondamentalement détecte fondamentalement la lumière réfléchie. Comme le spectre de réflexion est un composite des spectres individuels des matériaux constitutifs, la réflectance d'un objet (ou d'une partie de l'objet) varie en fonction de sa composition. Selon l'application, la plage spectrale visée peut être l'ultraviolet (UV), le visible et le proche infrarouge (VIS-NIR), l'infrarouge à ondes courtes (SWIR), l'infrarouge à ondes moyennes (MWIR) et l'infrarouge à ondes longues (LWIR).

La HSI combine les informations à spectre élevé de la caméra avec un logiciel d'intelligence artificielle, pour analyser et détecter des caractéristiques dans les images spatiales.

Différentes HSI peuvent identifier des espèces différentes et d'autres variations de la végétation.
(Source: Chem. Soc. Rev., 2014, 43, 8200)

La HSI fait partir d’une famille de techniques d'imagerie spectrale. Si les informations à spectre élevé ne sont pas nécessaires, une variante (l'imagerie multispectrale, MSI) peut constituer une alternative adéquate. La principale différence entre ces techniques est que la HSI possède un grand nombre de bandes spectrales contiguës plus minces, tandis que la MSI possède un nombre limité de larges bandes spectrales. Pour illustrer les différences, prenons l'exemple de la végétation : La HSI peut identifier les différences entre les espèces végétales dans une zone de végétation donnée. De son côté, la MSI peut identifier les différences entre les feuilles, le bois, le sol et l'eau. En général, la HSI convient à une étude initiale pour la sélection des longueurs d'onde afin de concevoir une MSI, ou dans des applications où des détails affinés sont nécessaires.


Imagerie, spectroscopie et spectroscopie d'imagerie
(Réf: Mehta N, Shaik S, Devireddy R, Gartia M. Single-Cell Analysis Using Hyperspectral Imaging Modalities. ASME. J Biomech Eng. 2018;140(2):020802-020802-16. doi:10.1115/1.4038638.)

Un rapide tour d’horizon du marché montre une grande variété dans l'offre de caméras HSI. Les questions typiques dans ce contexte sont les suivantes : Quelle est la gamme de longueurs d'onde adaptée à mon application ? Quelle technologie de caméra est la mieux adaptée à mes besoins ? Comment optimiser l'une des technologies courantes telles que le balayage de ligne, l'instantané ou le filtre ajustable pour répondre à mes exigences en matière de précision, de vitesse et de coût ? Sirris peut vous aider à étudier la faisabilité d’une technologie de vision basée sur l’imagerie hyperspectrale pour votre application. Pour toute question, contactez-nous!

Auteur: Buvana Lefevre