El satélite ECOSTRESS de la NASA tomó imágenes del estrés de las plantas en el sitio del Patrimonio Mundial de Sundarban en el sur de Asia. Los colores rojos indican alto estrés evaporativo de la planta y los colores verdes indican bajo estrés. Los futuros instrumentos hiperespectrales para detectar el estrés de las plantas podrían optimizarse mediante un análisis de dimensionalidad intrínseca. Crédito:NASA/JPL-Caltech, dominio público
El diseño de instrumentos para misiones de naves espaciales es un ejercicio de gestión de compensaciones. Con severas restricciones de potencia, masa y volumen, los instrumentos basados en el espacio a menudo se ven comprometidos en formas en las que un instrumento de laboratorio equivalente no lo estaría. Cada instrumento generalmente también admite una serie de experimentos o campañas de observación.
Cada uso potencial de un instrumento se beneficia de manera diferente de atributos como la resolución espacial, temporal y espectral, o la relación señal-ruido. Por ejemplo, las observaciones geológicas pueden preferir una alta resolución espacial y espectral, mientras que los experimentos meteorológicos pueden requerir observaciones de alta cadencia y una buena relación señal-ruido. Equilibrar estas necesidades contrapuestas es un aspecto fundamental del diseño de instrumentos.
En su Revista de Investigación Geofísica:Biogeociencias estudio, Cawse-Nicholson et al. proponen una nueva métrica objetiva para optimizar las necesidades competitivas de los usuarios de instrumentos, a la que denominan dimensionalidad intrínseca (ID). La dimensionalidad intrínseca cuantifica el contenido de la información en un conjunto dado de observaciones esencialmente contando el número de componentes significativos en un análisis de componentes principales de los datos.
Para probar su enfoque, los autores aplicaron ID a la nave espacial de biología y geología de superficie propuesta por la NASA. Identificaron y procesaron conjuntos de datos espectroscópicos de fuentes existentes representativas de las capacidades proyectadas de la misión. Al volver a muestrear los datos de entrada de diferentes maneras, simularon varias posibles compensaciones de instrumentos, calculando la ID para cada uno.
El estudio encuentra que la dimensionalidad intrínseca disminuye con observaciones más ruidosas y de menor resolución, lo cual es consistente con la intuición. Sin embargo, los científicos señalan que esta métrica se puede utilizar para cuantificar la intuición para guiar las compensaciones. Encuentran que la escena de muestra (por ejemplo, desierto versus bosque) tiene algún efecto sobre la consistencia de la identificación para consideraciones espaciales, pero menos para las espectrales. En el futuro, aplicarán el concepto a más áreas de diseño de instrumentos y misiones, como tasas de datos, rutas de vuelo y programas de observación.
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de Eos, organizada por la Unión Geofísica Estadounidense. Lea la historia original aquí. La fotografía ultrarrápida comprimida volumétrica espectral captura simultáneamente datos 5D en una sola instantánea
