Revista >> Iulie - August 2025 [Nr. 275] >> Tehnologie

Imagini multi-spectrale și aplicații

Mircea Badut

19 August 2025

Deși astăzi tensiunile geo-politice și economice nu lasă mult loc pentru cercetare și pentru aplicații avansate, tehnologiile din multe domenii continuă să avanseze. Este și cazul imaginilor multi- și hiper-spectrale, unde aplicările sunt interesante atât pentru economie cât și din perspectiva cercetării științifice, iar cei implicați încearcă să rămână conectați pe o piață internațională.

Contextul teoretic
Ne amintim, eventual reiterând istoria semi-centenară a imageriei satelitare: multi-spectralitatea se referă la captarea și la analizarea de imagini pe porțiuni ale spectrului luminii, și inclusiv dincolo de spectrul vizibil, și se realizează cu scopul de a obține informații nerevelate prin observarea obișnuită. Deși poate că nouă ne-ar fi mai ușor să înțelegem spectrul radiației electromagnetice dacă s-ar folosi ca parametru principal frecvența (exprimată în Hertzi), în domeniul opticii/imageriei s-a consacrat mai degrabă lugimea de undă ca unitate de măsură (exprimată în nanometri sau în micrometri). (Dar nu uităm – de la Fizica din liceu – că lungimea de undă este inversul frecvenței: λ=1/f.) Ei bine, în zona imageriei multi-spectrale s-au consacrat următoarele subdomenii ale lungimii de undă, numite benzi spectrale (vezi tabel):

Din tabelul de mai sus deja înțelegem că aceste imagini pot capta aspecte interesante și utile pentru om, însă dacă le-am privi în forma lor brută nu am înțelege mare lucru din acele pete de culoare/griuri și din acele contururi și degradeuri. Așa se face că, în domeniul acesta, pentru a facilita recunoașterea entităților vizate (și deci pentru analizarea și exploatarea imaginilor) este necesară o procesare specifică, numită clasificare, prin care „petele” din imagine sunt cumva accentuate și interpretate/traduse. (Și iată numele câtorva software-uri potrivite pentru analizarea de imagini multi-spectrale: ERDAS ER Mapper, ENVI, MicroMSI, Opticks, Multispec, Gerbil, GeoViewer Pro, Global Mapper, GeoExpress, 3Dsurvey, QGIS, Glimps, etc.)
Pe lângă parametrul acela esențial, al lungimii de undă (λ), imaginile multi-spectrale sunt caracterizate și de rezoluția la sol cu care au fost captate, și – în cazul captării prin sateliți sau prin aerofotografiere – aceasta se exprimă prin raportarea pixelului de imagine digitală la dimesiunea corespondentă lui la suprafața terestră: de exemplu, la o imagine satelitară/aeriană cu rezoluția de un metru, un pixel acoperă la sol un metru pătrat. Desigur, cu cât rezoluția aceasta este mai mică (centimetrii) cu atât imaginea captează mai multe detalii. (A! să nu confundăm rezoluția aceasta de captare cu rezoluția de afișare a imaginii, și nici cu rezoluția senzorului foto.) Din perspectivă tehnică, rezoluția imaginii depinde atât de senzorul foto al camerei foto/video cu care se face captarea, cât și de calitatea (claritatea) obiectivului optic al acesteia. Ne referim desigur la camera foto/video instalată pe satelit, avion, elicopter sau pe dronă. Iar aspectul esențial din perspectiva temei noastre este abilitatea camerei de a capta imagine doar în anumite porțiuni ale spectrului, chestiune care se obține fie din caracteristica discriminatorie a senzorului de imagine, fie prin folosirea de filtre corespunzătoare intercalate în traseul optic al camerei. (Desigur, și lentilele care alcătuiesc obiectivul optic al camerei trebuie să fie apte a lucra în respectivele spectre ale radiației electromagnetice.)
Încheiem secțiunea teoretică iterând distincția uzuală dintre multi- și hiper-spectral: imaginea multi-spectrală captează informații în benzi spectrale specifice/predefinite, pe când imaginea hiper-spectrală captează date într-un domeniu continuu de lungimi de undă.

Puneri în practică
Deja din coloana a treia a tabelului ne-am putut face o idee despre utilitatea imageriei multi- și hiper-spectrale, iar în cele ce urmează vom puncta un pic mai concret o serie de aplicări ale acesteia. Deși cele mai multe (și cele mai cunoscute) aplicări ne vin dinspre zona satelitară/aeriană, vom vedea că exploatarea potențialului de multi-spectralitate poate viza și chestiuni foarte locale/punctuale.
Probabil că cea mai intensă folosire a imageriei multi-spectrale o avem în monitorizarea/prognozarea meteorologică, pentru care o mulțime de sateliți urmăresc deplasările și compozițiile atmosferice, iar imaginile digitale captate de ei ajung permanent la o mulțime de organizații de pe glob.
În agricultură: evaluarea fertilității solurilor (și alegerea corelată a soiurilor de semănat); evaluarea stării de umezeală a solului; monitorizarea stării vegetației (cu eventuala detectare a dăunătorilor/bolilor); evaluarea gradului de coacere a legumelor/fructelor (planificarea recoltării, prognozarea calității recoltelor); etc.
Desigur că imageria multi-spectrală poate fi utilă și în ecologie și în protecția mediului: evaluarea acoperiri cu vegetație; detectarea speciilor invazive în ecosistemele sensibile; monitorizarea tendințelor/dinamicii de biodiversitate; analiza gradului de poluare atmosferică; monitorizarea calității aerului; detectarea de poluanți specfici (în aer, apă sau în sol); etc.

Aplicații de securitate și/sau militare: monitorizarea zonelor apărate; detectarea mijloacelor de atac/agresiune (avioane, drone, rachete); detectarea depozitelor/facilităților de armament; detectarea minelor de la sol; etc.
Analizarea operelor de artă sau a documentelor de manuscris (evaluarea stării picturilor, a papirusurilor din muzee; identificarea substanțelor și a tehnicilor folosite; examinarea agenților patogeni/distructivi din suporturi/substraturi și materiale; certificarea originalelor; etc).
Imageria multi-spectrală poate fi uneori integrată în liniile de producție industrială (adică în aplicații de inspectare gen machine vision) prin care se controlează permanent conformitatea produselor fabricate/procesate.
O aplicație interesantă aflăm și la producția de oțeluri, unde – prin controlarea și monitorizarea temperaturilor în furnale și în laminoare – se poate obține o eficientizare a proceselor tehnologice (combustie, topire, aliere, turnare). Și la prelucrarea lemnului se pot implementa tehnologii care măsoară imagistic umiditatea, densitatea și elasticitatea materialului (inclusiv în timpul fazelor de prelucrare), dar ajută și la dectarea defectelor (din fibra lemnului) sau la evaluarea calității produsului finit.
Aflăm și despre abilitatea recent implementată în echipamentele de măsurare termică a instalațiilor electrice de a mixa în timp-real imaginea termală cu imaginea din spectrul vizibil, pentru a crește claritatea și detalierea citirilor termale.
Și încheiem amintind o tehnologie derivată din multi-spectralitate, o aplicare cu multe utilizări practice: spectrometria, despre care am aflat în ultimul timp că a ajuns și în smartphone-uri. Da, un dispozitiv mobil dotat cu senzor și cu aplicație de spectrometrie ne poate folosi la o serie de chestiuni practice: » scanarea de alimente și de băuturi (pentru evaluarea compoziției sau pentru detectarea de agenți patogeni); » verificarea tratamentelor medicale (pentru evaluarea conformității substanțelor administrate; pentru monitorizarea răspunsului biochimic al organismului); » monitorizarea anumitor parametri bio-chimici ai corpului uman (la nivel cutanat sau sub-cutanat); » depistarea de elemente poluante în sol sau în apă; » verificarea compoziției materialelor de construcții; » detectarea bancnotelor false, ș.a.m.d.