Contrôle par technologie hyperspectrale
Le contrôle par technologie hyperspectrale, également connue sous le nom d'imagerie hyperspectrale, est une technique de traitement d'image qui permet de détecter des informations sur les matériaux et les substances qui ne sont pas visibles à l'œil nu.
Cette technique utilise des caméras spéciales qui enregistrent la lumière à des longueurs d'onde spécifiques, ce qui permet de cartographier les propriétés spectrales des matériaux et des substances.
Les applications de la technologie hyperspectrale sont nombreuses et variées. Par exemple, elle est utilisée dans l'agriculture pour détecter les maladies des plantes, évaluer la croissance des cultures et prédire les rendements. Elle est également utilisée dans la surveillance environnementale pour détecter la pollution, suivre les changements dans la végétation et surveiller les écosystèmes. D'autres applications incluent la détection de défauts dans les matériaux de construction, dans l'agroalimentaire pour la détection de corps étranger, l'analyse de la composition des aliments et la surveillance de la qualité de l'eau.
Le fonctionnement de la technologie hyperspectrale repose sur le principe de la spectroscopie, qui est l'étude de l'interaction entre la lumière et la matière. La lumière visible est composée de différentes longueurs d'onde qui correspondent à différentes couleurs. Cependant, il existe également des longueurs d'onde qui ne sont pas visibles à l'œil nu, comme les rayons X et les rayons infrarouges. La technologie hyperspectrale utilise une caméra qui enregistre la lumière à des longueurs d'onde spécifiques, ce qui permet de cartographier les propriétés spectrales des matériaux et des substances.
Pour obtenir des images hyperspectrales, une caméra est équipée d'un spectromètre qui sépare la lumière en différentes longueurs d'onde. La caméra enregistre ensuite une image pour chaque longueur d'onde, créant ainsi un cube de données hyperspectrales. Chaque pixel de l'image est associé à un spectre de réflectance qui représente la quantité de lumière réfléchie par la matière à chaque longueur d'onde. Ces spectres peuvent ensuite être analysés pour extraire des informations sur la composition chimique, la texture ou d'autres propriétés des matériaux.
Un système de contrôle hyperspectral est généralement composé de plusieurs éléments matériels qui travaillent ensemble pour capturer et traiter les données hyperspectrales. Les éléments clés du système sont les suivants :
- Caméra hyperspectrale : C'est l'élément principal du système de contrôle hyperspectral. La caméra hyperspectrale est un instrument optique avancé capable de capturer des images à haute résolution à des longueurs d'onde spécifiques. Il existe plusieurs types de caméras hyperspectrales, chacune ayant ses propres caractéristiques et applications.
- Spectromètre : Le spectromètre est un élément clé de la caméra hyperspectrale. Il est responsable de la séparation de la lumière en différentes longueurs d'onde afin de créer un cube de données hyperspectrales.
- Source lumineuse : Une source lumineuse est souvent utilisée pour illuminer la surface de l'objet à étudier. Elle peut être une source de lumière blanche, une lampe halogène ou une LED.
- Optique : Les lentilles et les miroirs sont utilisés pour concentrer la lumière sur le capteur de la caméra hyperspectrale. Ils peuvent également être utilisés pour ajuster la taille et la position du champ de vision de la caméra.
- Ordinateur et logiciel de traitement d'image : Les données hyperspectrales sont souvent volumineuses et complexes. Elles nécessitent donc un ordinateur puissant et des logiciels de traitement d'image sophistiqués pour extraire les informations utiles. Les logiciels de traitement d'image sont utilisés pour calibrer les images, extraire des spectres de réflectance et effectuer des analyses statistiques.
- Cinématique : Les systèmes de contrôle hyperspectral peuvent être montés sur un effecteur pour permettre l'acquisition de données à partir de différents angles et positions. Les effecteurs de mouvement peuvent être des vérins, des axes linéaires, des bras robotiques, des drones ou des véhicules.
- Accessoires : Enfin, des accessoires tels que des filtres, des objectifs supplémentaires ou des écrans de visualisation peuvent être ajoutés pour améliorer la performance du système ou faciliter la visualisation des données.
La composition d'une caméra hyperspectrale varie en fonction du modèle et du fabricant, mais voici les principaux composants que l'on retrouve dans la plupart des caméras hyperspectrales :
Voici les étapes de base du fonctionnement d'une caméra hyperspectrale :
Il existe plusieurs fabricants de caméras hyperspectrales sur le marché, offrant une gamme de modèles pour répondre aux besoins de différentes applications. Voici quelques-uns des principaux fabricants de caméras hyperspectrales :
Headwall Photonics : Headwall Photonics est un fabricant de systèmes d'imagerie hyperspectrale et de spectrométrie à haute performance pour les applications de surveillance environnementale, de sécurité alimentaire, d'agriculture de précision, de géologie, de foresterie et d'autres domaines.
SPECIM : SPECIM est un fabricant finlandais de caméras hyperspectrales pour l'industrie, la recherche et les applications militaires. Leurs caméras sont utilisées dans une variété de domaines, notamment la surveillance environnementale, l'agriculture de précision, la géologie, la sécurité alimentaire et la sécurité publique.
Cubert : Cubert est un fabricant allemand de caméras hyperspectrales compactes pour les applications de surveillance environnementale, de surveillance des cultures, de surveillance industrielle et de surveillance aérienne.
Telops : Telops est un fabricant canadien de caméras hyperspectrales et de spectromètres pour les applications de surveillance environnementale, de surveillance des cultures, de surveillance aérienne, de surveillance industrielle et de surveillance de la sécurité publique.
Brimrose : Brimrose est un fabricant américain de systèmes d'imagerie hyperspectrale pour les applications de surveillance environnementale, de sécurité alimentaire, de surveillance industrielle et de défense.
HySpex : HySpex est un fabricant norvégien de systèmes d'imagerie hyperspectrale pour les applications de surveillance environnementale, de surveillance des cultures, de surveillance forestière, de géologie et de surveillance militaire.
Il existe également d'autres fabricants de caméras hyperspectrales tels que imec, Norsk Elektro Optikk, Applied Spectral Imaging, BaySpec, Teledyne DALSA, entre autres.
Le traitement d'image hyperspectrale est une tâche complexe qui nécessite une base solide en traitement du signal et en apprentissage automatique. Voici quelques éléments de base pour le traitement d'image hyperspectrale :
Le cube hyperspectral, également appelé cube de données hyperspectral, est un ensemble de données multi-dimensionnelles contenant des informations sur une scène acquise en utilisant une caméra hyperspectrale. Contrairement aux images RGB conventionnelles qui contiennent des informations sur les couleurs rouge, verte et bleue, les images hyperspectrales contiennent des informations sur des centaines ou des milliers de longueurs d'onde dans le spectre électromagnétique, ce qui permet une analyse plus détaillée des propriétés de la scène.
Le cube hyperspectral est une représentation tridimensionnelle de l'image hyperspectrale, où chaque pixel de l'image est représenté par un spectre de réflectance à travers une gamme de longueurs d'onde. Les deux premières dimensions du cube représentent les coordonnées spatiales de l'image, tandis que la troisième dimension représente la longueur d'onde spectrale.
Le cube hyperspectral peut être utilisé pour extraire des informations sur les propriétés de la scène, telles que la composition chimique, la teneur en eau, la structure végétale, la texture des matériaux, etc. Les techniques courantes d'analyse de cubes hyperspectraux comprennent l'extraction de caractéristiques, la classification, la segmentation et la détection d'anomalies.
La technologie hyperspectrale présente plusieurs avantages par rapport à d'autres techniques de surveillance. Tout d'abord, elle permet de détecter des informations sur les matériaux et les substances qui ne sont pas visibles à l'œil nu. De plus, elle est non destructive et ne nécessite pas de contact physique avec les matériaux.
Pour terminer cet article, la technologie hyperspectrale est une technique de traitement d'image avancée qui permet de cartographier les propriétés spectrales des matériaux et des substances. Cette technologie est utilisée dans de nombreuses applications, notamment dans l'agriculture, la surveillance environnementale et la détection de défauts dans les matériaux de construction, ou encore dans l'agroalimentaire. En raison de ses avantages par rapport à d'autres techniques de surveillance, elle est de plus en plus utilisée pour surveiller les processus de fabrication avec des contrôles difficile à l'œil nu ou avec des caméras classiques.