Las instantáneas estándar del espacio no muestran a la Tierra en todo su esplendor. Hay mucho más que ver.
Para revelar detalles imposibles de observar a simple vista, los ingenieros de la Universidad de Rice están construyendo un espectrómetro portátil que se puede montar en un pequeño satélite, volar en un avión o un avión no tripulado o algún día incluso sostener en la mano.
El bioingeniero Tomasz Tkaczyk y sus colegas de la Escuela de Ingeniería Brown de Rice y la Escuela de Ciencias Naturales Wiess han publicado los primeros resultados de un proyecto financiado por la NASA para desarrollar un espectrómetro pequeño y sofisticado con una versatilidad inusual. Su artículo aparece en Óptica Express .
Un espectrómetro es un instrumento que recolecta luz de un objeto o una escena, separa los colores y los cuantifica para determinar el contenido químico u otras características de lo que ve.
El dispositivo Rice, llamado Espectrómetro de Instantánea de Procesamiento de Imagen de Guía de Luz Ajustable TuLIPSS, permitirá a los investigadores capturar instantáneamente datos a través del espectro visible e infrarrojo cercano, a diferencia de los sistemas actuales que escanean una escena línea por línea y para más adelantereensamblaje
Cada píxel en las imágenes hiperespectrales producidas por TuLIPSS contiene información espectral o espacial. Los "píxeles" en este caso son miles de fibras ópticas, guías de luz flexibles que entregan los componentes de la imagen a un detector. Debido a que pueden reposicionar las fibras,los investigadores pueden personalizar el balance de la imagen y los datos espectrales enviados al detector.
El dispositivo, por ejemplo, se puede ajustar para medir la química de un árbol para ver si está sano o enfermo. Puede hacer lo mismo para una célula, una sola hoja, un vecindario, una granja o un planeta. En continuo-capture mode, similar al motor de una cámara, puede mostrar cómo las "huellas digitales" espectrales en una escena estacionaria cambian con el tiempo, o tomar la firma espectral de un rayo en tiempo real.
Tkaczyk dijo que TuLIPSS es único porque funciona como cualquier cámara, capturando todos los datos hiperespectrales, a lo que los investigadores se refieren como un cubo de datos, en un instante. Eso significa que un avión o satélite en órbita puede tomar una imagen del suelo rápidamentesuficiente para evitar el desenfoque de movimiento que distorsionaría los datos. El procesamiento a bordo filtrará los datos y enviará solo lo que se requiere a la Tierra, ahorrando tiempo y energía.
"Esta sería una herramienta interesante en el caso de un evento como el huracán Harvey", dijo Tkaczyk. "Cuando hay una inundación y una posible contaminación, un dispositivo capaz de volar sobre un embalse podría determinar si esa agua es segura para las personasbeber. Sería más efectivo que enviar a alguien a un sitio que puede ser difícil de alcanzar ".
En una cámara normal, una lente enfoca la luz entrante en un chip sensor y convierte los datos en una imagen. En TuLIPSS, la lente enfoca esa luz en un intermediario: el haz de fibras ópticas.
En el prototipo actual, estas fibras recogen más de 30,000 muestras espaciales y 61 canales espectrales en el rango de 450 a 750 nanómetros, esencialmente, cientos de miles de puntos de datos, divididos por prismas en sus bandas componentes y transmitidosa un detector. El detector alimenta estos puntos de datos a un software que los recombina en las imágenes o espectros deseados.
La matriz de fibra está muy compacta en la entrada y se reorganiza en filas direccionables individualmente en la salida, con espacios entre ellas para evitar la superposición. El espaciado de las filas permite a los investigadores ajustar el muestreo espacial y espectral para aplicaciones específicas, dijo Tkaczyk.
El primer autor Ye Wang, quien obtuvo su doctorado este año en Rice, y sus colegas construyeron minuciosamente el prototipo, ensamblando y colocando los haces de fibra a mano. Usaron escenas en Rice y sus alrededores para probarlo, reconstruyendo imágenes de edificios para mejorar- sintonice TuLIPSS y tome imágenes espectrales de los árboles del campus para "detectar" sus especies. También analizaron con éxito la salud de varias plantas con datos espectrales solos.
Las imágenes de captura continua de tráfico en movimiento en Houston mostraron la capacidad del sistema para ver qué espectros cambian con el tiempo como vehículos en movimiento y semáforos y cuáles son estables todo lo demás. El experimento fue una prueba útil deconcepto para mostrar qué tan bien el espectrómetro podría filtrar el desenfoque de movimiento en situaciones dinámicas.
El coautor David Alexander, profesor de física y astronomía y director del Rice Space Institute, dijo que los investigadores han comenzado conversaciones con la ciudad de Houston y el Kinder Institute for Urban Research de Rice sobre las pruebas de TuLIPSS en estudios aéreos de la ciudad.
"Dado que de todos modos necesitamos probar TuLIPSS, queremos hacer algo útil", dijo, sugiriendo que un mapa hiperespectral de la ciudad podría revelar cómo está cambiando el paisaje urbano, distinguir edificios de parques o cartografiar fuentes de polen ".principio, los vuelos regulares sobre la ciudad nos permitirán mapear las condiciones cambiantes e identificar áreas que necesitan atención ".
Tkaczyk sugirió que las futuras versiones de TuLIPSS serán útiles para el análisis agrícola y atmosférico, la proliferación de algas y otras condiciones ambientales donde la adquisición rápida de datos será valiosa.
"El verdadero desafío ha sido decidir en qué centrarse primero", dijo Alexander. "En última instancia, queremos tener el éxito suficiente como para que la próxima fase de desarrollo nos empuje más cerca de volar TuLIPSS en el espacio".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Mike Williams. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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