Publié le 12 avril 2021
La vision humaine et les caméras traditionnelles RGB (Red-Green-Blue) permettent d'observer les matériaux en capturant la lumière réfléchie par ces matériaux dans 3 larges bandes de la gamme visible du spectre électromagnétique (400-700 nm): le rouge, le vert et le bleu.
Les caméras hyperspectrales quant à elles subdivisent la lumière réfléchie en un très grand nombre de bandes spectrales beaucoup plus étroites, souvent contigües, et de plus, elles élargissent la gamme spectrale pour inclure le proche infrarouge (NIR ou Near InfraRed, 700-1000 nm) et l'infrarouge à ondes courtes (SWIR ou Short Wave InfraRed, 1000-2500 nm). Chaque pixel d'une image hyperspectrale contient donc l'information recueillie dans une multitude de canaux spectraux étalés sur la totalité du spectre visible et infrarouge.
Une image hyperspectrale est une matrice tridimensionnelle (appelée cube de données hyperspectrales). Aux 2 dimensions spatiales s'ajoute la dimension spectrale composée d'un empilement de la même scène vue à de très nombreuses longueurs d'ondes adjacente. Source: ESA
Cette très grande résolution spectrale facilite la différenciation des caractéristiques d'une image basée sur la réponse différente dans chacune des bandes spectrales. Mais il faut pour cela arriver à 'démixer' le signal, càd à décomposer chaque pixel en ses spectres constitutifs, en définir leurs abondances ainsi que d'éventuels composants supplémentaires tels que des informations géométriques ou atmosphériques.
Le projet STEREO III Geomix s'est attelé à développer une méthodologie de 'démixage' robuste et flexible qui permette d'intégrer de nombreux paramètres absents des algorithmes actuellement utilisés.
Application à l'exploration de minéraux : échantillon de sol de la carotte de forage et carte des minéraux présents.
Ils ont à cette fin scruté divers minéraux et mélange de matériaux à l'aide de caméras hyperspectrales. Les différents constituants des matériaux ont des propriétés de réflexion particulières dans le NIR et le SWIR. La composition d'un matériau peut donc être révélée par les capteurs hyperspectraux en visualisant sa réflectance spectrale comme un mélange (très complexe) des spectres des composants individuels du matériau.
L'équipe de chercheurs est parvenue à démêler cette composition en développant des techniques d'analyse quantitative de pointe. Dans le cadre du projet, ils ont pu quantifier la composition de mélanges de poudres de matériaux de construction et mesurer les concentrations de minéraux dans des échantillons de carottes de forage, simplement en les 'regardant' via une caméra hyperspectrale.
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Applications pour la surveillance du patrimoine culturel : bâtiments historiques (à gauche) et corrosion des statues en bronze (à droite).
Outre les avancées qu'elle apporte aux chercheurs en télédétection (notamment en géologie, surveillance de la végétation...), cette recherche ouvre la porte à de nombreuses applications pour des tests rapides, bon marché et non destructifs et pour la caractérisation des matériaux.
Plus d'infos
Projet Stereo III GEOMIX (Geometry in the mix: Geometric methods for non-linear spectral unmixing)
Les images de télédétection - Petit guide de la Télédédection