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    Câmera hiperespectral captura riqueza de dados em um instante
    p Feixes de fibras ópticas no espectrômetro TuLIPSS da Rice University fornecem dados espaciais e espectrais a um detector em um instante. Esses dados podem então ser processados ​​para uma rápida análise ambiental ou biológica. Crédito:Modern Optical Instrumentation and Bio-Imaging Laboratory / Rice University

    p Instantâneos padrão do espaço não mostram bem a Terra em toda a sua glória. Há muito mais para ver. p Para revelar detalhes impossíveis de observar a olho nu, Os engenheiros da Rice University estão construindo um espectrômetro portátil que pode ser montado em um pequeno satélite, voou em um avião ou um drone ou algum dia até mesmo na mão.

    p O bioengenheiro Tomasz Tkaczyk e seus colegas da Escola de Engenharia de Rice Brown e da Escola de Ciências Naturais de Wiess publicaram os primeiros resultados de um projeto financiado pela NASA para desenvolver um pequeno espectrômetro sofisticado com versatilidade incomum. O artigo deles aparece em Optics Express .

    p Um espectrômetro é um instrumento que coleta luz de um objeto ou cena, separa as cores e as quantifica para determinar os conteúdos químicos ou outras características do que vê.

    p O dispositivo Rice, denominado Tunable Light-Guide Image Processing Snapshot Spectrometer (TuLIPSS), permitirá que os pesquisadores capturem instantaneamente dados através do espectro visível e infravermelho próximo, ao contrário dos sistemas atuais que fazem a varredura de uma cena linha por linha e para remontagem posterior.

    p Cada pixel nas imagens hiperespectrais produzidas por TuLIPSS contém informações espectrais ou espaciais. Os "pixels", neste caso, são milhares de fibras ópticas, guias de luz flexíveis que entregam os componentes da imagem a um detector. Porque eles podem reposicionar as fibras, os pesquisadores podem personalizar o equilíbrio da imagem e dos dados espectrais enviados ao detector.

    p O dispositivo, por exemplo, pode ser ajustado para medir a química de uma árvore para ver se ela está saudável ou doente. Ele pode fazer o mesmo para uma célula, uma única folha, um bairro ou fazenda, ou um planeta. No modo de captura contínua, semelhante ao motor de uma câmera, pode mostrar como as "impressões digitais" espectrais em uma cena estacionária mudam com o tempo, ou pegue a assinatura espectral de um raio em tempo real.

    p Tkaczyk disse que TuLIPSS é único porque funciona como qualquer câmera, capturar todos os dados hiperespectrais - o que os pesquisadores chamam de cubo de dados - em um instante. Isso significa que um avião ou satélite em órbita pode capturar uma imagem do solo com rapidez suficiente para evitar o desfoque de movimento que distorce os dados. O processamento a bordo filtrará os dados e enviará apenas o que for necessário de volta para a Terra, economizando tempo e energia.

    p "Esta seria uma ferramenta interessante no caso de um evento como o furacão Harvey, "Tkaczyk disse." Quando há uma inundação e contaminação potencial, um dispositivo capaz de voar sobre um reservatório pode dizer se a água é segura para as pessoas beberem. Seria mais eficaz do que enviar alguém a um site que pode ser difícil de alcançar. "

    p Uma cena do campus da Rice University capturada com o espectrômetro TuLIPSS fornece assinaturas espectrais que podem ser filtradas para muitos propósitos. O sistema permite que os dados sejam reunidos em um instante para análises ambientais ou biológicas. Crédito:Modern Optical Instrumentation and Bio-Imaging Laboratory / Rice University

    p Em uma câmera normal, uma lente focaliza a luz que entra em um chip sensor e converte os dados em uma imagem. Em TuLIPSS, a lente foca essa luz em um intermediário:o feixe de fibras ópticas.

    p No protótipo atual, essas fibras coletam mais de 30, 000 amostras espaciais e 61 canais espectrais na faixa de 450 a 750 nanômetros - essencialmente, centenas de milhares de pontos de dados - divididos por prismas em suas bandas de componentes e passados ​​para um detector. O detector então alimenta esses pontos de dados para um software que os recombina nas imagens ou espectros desejados.

    p A matriz de fibra é compactada firmemente na entrada e reorganizada em linhas individualmente endereçáveis ​​na saída, com lacunas entre eles para evitar sobreposição. O espaçamento das linhas permite que os pesquisadores sintonizem a amostragem espacial e espectral para aplicações específicas, Disse Tkaczyk.

    p Primeiro autor Ye Wang, que obteve seu doutorado este ano na Rice, e seus colegas construíram meticulosamente o protótipo, montagem e posicionamento dos feixes de fibras manualmente. Eles usaram cenas dentro e ao redor de Rice para testá-lo, reconstruir imagens de edifícios para ajustar TuLIPSS e obter imagens espectrais de árvores do campus para "detectar" suas espécies. Eles também analisaram com sucesso a saúde de várias plantas apenas com dados espectrais.

    p Imagens de captura contínua do tráfego em movimento em Houston mostraram a capacidade do sistema de ver quais espectros estão mudando ao longo do tempo (como veículos em movimento e semáforos mudando) e quais são estáveis ​​(todo o resto). O experimento foi uma prova de conceito útil para mostrar o quão bem o espectrômetro pode filtrar o borrão de movimento em situações dinâmicas.

    p Co-autor David Alexander, professor de física e astronomia e diretor do Rice Space Institute, disseram que os pesquisadores iniciaram discussões com a cidade de Houston e o Instituto Kinder de Pesquisa Urbana de Rice sobre o teste do TuLIPSS em estudos aéreos da cidade.

    p "Como precisamos testar TuLIPSS de qualquer maneira, queremos fazer algo útil, " ele disse, sugerir um mapa hiperespectral da cidade pode revelar como a paisagem urbana está mudando, distinguir edifícios de parques ou mapear fontes de pólen. "Em princípio, voos regulares sobre a cidade nos permitirão mapear as mudanças nas condições e identificar áreas que precisam de atenção. "

    p Tkaczyk sugeriu que versões futuras do TuLIPSS serão úteis para análises agrícolas e atmosféricas, florescimento de algas e outras condições ambientais onde a aquisição rápida de dados será valiosa.

    p "O verdadeiro desafio é decidir no que focar primeiro, "Alexander disse." Em última análise, queremos ter sucesso o suficiente para que a próxima fase de desenvolvimento nos empurre para mais perto de voar TuLIPSS no espaço. "
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