En un nuevo estudio, Los investigadores utilizaron la impresión 3D y piezas de bajo costo para crear un generador de imágenes hiperespectral económico que es lo suficientemente ligero como para usar drones a bordo. Ofrecen una receta para crear estos lectores de imágenes, lo que podría hacer que la técnica analítica tradicionalmente costosa sea más accesible.

Los generadores de imágenes hiperespectrales producen imágenes como una cámara a color tradicional, pero detectan varios cientos de colores en lugar de los tres detectados por las cámaras normales. Cada píxel de una imagen hiperespectral contiene información que cubre todo el espectro visible, proporcionar datos que se puedan utilizar, por ejemplo, para detectar y clasificar objetos automáticamente o medir el color del océano para mapear las floraciones de algas dañinas. Los lectores de imágenes hiperespectrales tradicionales pueden costar decenas de miles de dólares y son muy voluminosos y pesados.

En la revista The Optical Society (OSA) Óptica Express , los investigadores detallan cómo hacer generadores de imágenes hiperespectrales de longitud de onda visible que pesen menos de media libra por tan solo $ 700 (USD). También demuestran que estos generadores de imágenes pueden adquirir datos espectrales a bordo de un dron.

"Los instrumentos que fabricamos se pueden utilizar de forma muy eficaz en un dron o en un vehículo no tripulado para adquirir imágenes espectrales, "dijo el líder del equipo de investigación Fred Sigernes del Centro Universitario en Svalbard (UNIS), Noruega. "Esto significa que las imágenes hiperespectrales podrían usarse para mapear grandes áreas de terreno, por ejemplo, sin necesidad de contratar un avión o helicóptero para llevar un instrumento caro y de gran tamaño ".

Imprimir las piezas correctas

Una impresora 3D de escritorio facilitó enormemente el proceso de fabricación de los soportes ópticos personalizados necesarios para los lectores de imágenes. "Fabricar artículos de metal requiere mucho tiempo y puede ser muy costoso, "dijo Sigernes." Sin embargo, La impresión 3D con plástico es económica y muy eficaz para fabricar incluso piezas complejas. como la pieza necesaria para sujetar la rejilla que dispersa la luz. Pude imprimir varias versiones y probarlas ".

Los generadores de imágenes hiperespectrales creados por los investigadores emplean lo que se conoce como la técnica de empujar la escoba, que utiliza un escaneo de líneas preciso para construir una imagen espectral. Los investigadores agregaron un sistema de estabilización a la configuración para que el movimiento de un dron no distorsionara la imagen mientras se estaba generando.

"Los generadores de imágenes hiperespectrales de escoba generalmente requieren una estabilización de orientación costosa, "explicó Sigernes." Sin embargo, ahora puede comprar un giroscopio muy económico, Sistemas de estabilización electrónica. El advenimiento de estos nuevos sistemas hizo posible que pudiéramos fabricar generadores de imágenes hiperespectrales de bajo costo ".

Pruebas en vuelo

Los investigadores hicieron varios prototipos utilizando la impresión 3D para crear soportes de plástico que posicionan con precisión pequeños, Cámaras ligeras y componentes ópticos disponibles comercialmente. Probaron uno de los instrumentos a bordo de un dron octocóptero equipado con un sistema de estabilización electrónico de dos ejes. El generador de imágenes hiperespectral funcionó bien y pudo detectar características del paisaje como vegetación y cuerpos de agua.

Los investigadores también realizaron pruebas portátiles con los generadores de imágenes hiperespectrales y los sistemas de estabilización electrónica de tres ejes. Para un experimento, pasaron el generador de imágenes por la pantalla de una computadora que mostraba una colección de frutas, adquiriendo 571 espectrogramas en 22 segundos.

Estas pruebas de viabilidad demostraron que la impresión 3D es lo suficientemente precisa como para producir piezas prototipo para sistemas ópticos. Las piezas de plástico impresas eran livianas y lo suficientemente fuertes como para mantener el sistema general liviano y pequeño. que es importante para su uso con drones. Después de la prueba, Se pueden solicitar versiones metálicas de piezas impresas en 3D si se desea para crear lectores de imágenes que sean más duraderos.

Mejorando la sensibilidad

Aunque los nuevos generadores de imágenes no proporcionan la sensibilidad de los generadores de imágenes hiperespectrales tradicionales, su rendimiento es suficiente para cartografiar el terreno o detectar el color del océano a la luz del día. Los investigadores ahora están trabajando para mejorar la sensibilidad haciendo versiones un poco más grandes de los instrumentos que aún serían lo suficientemente pequeños y livianos para su uso en drones. Mejorar la sensibilidad de los generadores de imágenes proporcionará datos de mayor calidad.

"Hay muchas formas de utilizar los datos adquiridos por generadores de imágenes hiperespectrales, ", dijo Sigernes." Al reducir el costo de estos instrumentos, Esperamos que más personas puedan utilizar esta técnica analítica y desarrollarla más ".