Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé l'impression 3D et des pièces à faible coût pour créer un imageur hyperspectral peu coûteux et suffisamment léger pour être utilisé à bord de drones. Ils proposent une recette pour créer ces imageurs, ce qui pourrait rendre plus largement accessible la technique analytique traditionnellement coûteuse.

Les imageurs hyperspectraux produisent des images comme une caméra couleur traditionnelle mais détectent plusieurs centaines de couleurs au lieu des trois détectées par les caméras normales. Chaque pixel d'une image hyperspectrale contient des informations couvrant tout le spectre visible, fournir des données exploitables, par exemple, pour détecter et trier automatiquement les objets ou mesurer la couleur de l'océan pour cartographier les proliférations d'algues nuisibles. Les imageurs hyperspectraux traditionnels peuvent coûter des dizaines de milliers de dollars et sont très volumineux et lourds.

Dans la revue The Optical Society (OSA) Optique Express , les chercheurs expliquent comment fabriquer des imageurs hyperspectraux à longueur d'onde visible pesant moins d'une demi-livre pour aussi peu que 700 $ (USD). Ils démontrent également que ces imageurs peuvent acquérir des données spectrales depuis un drone.

"Les instruments que nous avons fabriqués peuvent être utilisés très efficacement sur un drone ou un véhicule sans pilote pour acquérir des images spectrales, " a déclaré le chef de l'équipe de recherche Fred Sigernes du Centre universitaire du Svalbard (UNIS), Norvège. "Cela signifie que l'imagerie hyperspectrale pourrait être utilisée pour cartographier de vastes zones de terrain, par exemple, sans avoir besoin de louer un avion ou un hélicoptère pour transporter un instrument coûteux et volumineux."

Imprimer les bonnes pièces

Une imprimante 3D de bureau a grandement facilité le processus de fabrication des supports optiques personnalisés nécessaires aux imageurs. "Fabriquer des objets en métal prend du temps et peut être très coûteux, " dit Sigernes. " Cependant, L'impression 3D avec du plastique est peu coûteuse et très efficace pour réaliser des pièces même complexes, comme la pièce nécessaire pour tenir la grille qui disperse la lumière. J'ai pu imprimer plusieurs versions et les essayer."

Les imageurs hyperspectraux créés par les chercheurs utilisent ce qu'on appelle la technique du push-broom, qui utilise un balayage linéaire précis pour construire une image spectrale. Les chercheurs ont ajouté un système de stabilisation à la configuration afin que le mouvement d'un drone ne déforme pas l'image lors de sa génération.

« Les imageurs hyperspectraux à balai-poussoir nécessitent généralement une stabilisation d'orientation coûteuse, " expliqua Sigernes. " Cependant, vous pouvez maintenant acheter à base de gyroscope très bon marché, systèmes de stabilisation électronique. L'avènement de ces nouveaux systèmes nous permet de fabriquer des imageurs hyperspectraux peu coûteux."

Essais en vol

Les chercheurs ont réalisé plusieurs prototypes en utilisant l'impression 3D pour créer des supports en plastique qui positionnent précisément les petits, caméras et composants optiques légers disponibles dans le commerce. Ils ont testé l'un des instruments à bord d'un drone octocoptère équipé d'un système de stabilisation électronique à deux axes. L'imageur hyperspectral a bien fonctionné et a pu détecter des caractéristiques du paysage telles que la végétation et les plans d'eau.

Les chercheurs ont également effectué des tests portables avec les imageurs hyperspectraux et les systèmes de stabilisation électronique à trois axes. Pour une expérience, ils ont balayé l'imageur sur un écran d'ordinateur affichant une collection de fruits, acquisition de 571 spectrogrammes en 22 secondes.

Ces tests de faisabilité ont montré que l'impression 3D est suffisamment précise pour produire des pièces prototypes pour les systèmes optiques. Les pièces en plastique imprimées étaient légères et suffisamment solides pour garder l'ensemble du système léger et petit, ce qui est important pour une utilisation avec des drones. Après essai, des versions métalliques des pièces imprimées en 3D pourraient être commandées si vous le souhaitez pour créer des imageurs qui seraient plus durables.

Améliorer la sensibilité

Bien que les nouveaux imageurs n'offrent pas la sensibilité des imageurs hyperspectraux traditionnels, leurs performances sont suffisantes pour cartographier le terrain ou détecter la couleur de l'océan à la lumière du jour. Les chercheurs travaillent maintenant à améliorer la sensibilité en créant des versions légèrement plus grandes des instruments qui seraient encore suffisamment petites et légères pour être utilisées sur des drones. L'amélioration de la sensibilité des imageurs fournira des données de meilleure qualité.

« Il existe de nombreuses façons d'utiliser les données acquises par les imageurs hyperspectraux, " dit Sigernes. " En abaissant le coût de ces instruments, nous espérons que davantage de personnes pourront utiliser cette technique analytique et la développer davantage."