ENVI – Imágenes hiperespectrales: Una herramienta emergente para la disponibilidad en las misiones

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Para aquellos encargados de proteger la seguridad nacional, el desafío de la disponibilidad en las misiones hoy empieza con una inteligencia cada vez más extensa y mejorada. Una de las fuentes de esta inteligencia es la teledetección hiperespectral. Al igual que su contraparte multiespectral, la detección hiperespectral nos permite “ver” más allá de los pocos colores que el ojo humano percibe. Pero mientras que los sensores multiespectrales típicamente detectan sólo unas pocas bandas anchas de longitud de onda, como azul, verde, rojo e infrarrojo, los sensores hiperespectrales capturan cientos de bandas muy angostas, proporcionando un nivel de detalle sin igual.

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Este nivel superior de detalle espectral permite a los analistas hallar e interpretar lo que a veces llamamos “lo que no se ve”. Cada objeto o material (ya sea sólido, líquido o gaseoso) refleja o emite energía electromagnética de un modo particular. La detección hiperespectral nos permite explotar estas características espectrales particulares para obtener inteligencia valiosa que sería difícil o imposible de conseguir de alguna otra manera.

Respondiendo preguntas cruciales

Al explotar las elocuentes características espectrales de los materiales, los datos hiperespectrales pueden usarse para responder importantes preguntas, como:

¿Un material en particular está presente (detección)? Por ejemplo, un operador de ductos querrá saber si hay metano presente en un ducto de gas, lo cual indicaría una fuga. La detección típicamente confía en técnicas de comparación de características, como filtrado comparado espectralmente con espectros conocidos de referencia.

¿Qué materiales están presentes en la escena, y dónde (clasificación)? Una aplicación podría ser el cartografiado de tipos de suelos para determinar las posibilidades de tráfico en un área, o la ubicación de tierra desplazada como indicación de actividades de construcción. La clasificación frecuentemente se apoya en enfoques de “adecuación”, en los que tomamos un espectro medido y luego buscamos una combinación de referencia espectral que se le parezca.

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¿Qué tanto del material está presente (cuantificación)? La cuantificación a menudo se ejecuta junto con la detección y la clasificación. En el ejemplo de la fuga de metano, los usuarios se beneficiarían con saber cuánto metano se está emitiendo, además de su presencia. En otro ejemplo, el medir la cantidad de clorofila en una masa de agua indicaría la cantidad de algas presentes, y por ende, indicaría la calidad del agua.

Estos usos de la detección hiperespectral (detección, clasificación y cuantificación) pueden absolver una gran cantidad de necesidades a nivel comercial, civil, de defensa y de inteligencia. Las aplicaciones son numerosas y variadas. Podríamos citar:

  • La identificación de recursos naturales y la evaluación de impactos ambientales
  • La exploración y remediación para las industrias mineras y petroleras
  • El monitoreo de emisiones de gases de efecto invernadero desde fábricas y otras instalaciones industriales
  • La medición de la calidad del agua y el monitoreo de sus fuentes (incluidos los glaciares)
  • La medición de la distribución de temperatura y humedad en la atmósfera para el modelamiento climatológico
  • La detección, rastreo y monitoreo de objetivos de interés y actividades ilegales, como fabricación de narcóticos
  • La evaluación del progreso estacional de los cultivos y el stress en los cultivos

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Expandiendo las aplicaciones

En la última década, las imágenes hiperespectrales han dado el salto desde tener capacidad experimental hasta tener capacidad operacional, con la maduración de sensores en la tierra, el aire y el espacio, así como capacidad de procesamiento. Como proveedor de ENVI (software comercial de procesamiento y explotación hiperespectral), y sensores hiperespectrales, Harris ve dos grandes tendencias desarrollándose.

Primero, creemos que las constelaciones de satélites pequeños de bajo costo con cargas hiperespectrales serán lo más común. Varios emprendimientos comerciales están planeando lanzar satélites pequeños hiperespectrales en los siguientes años. Eventualmente, estos sistemas también incluirán procesamiento a bordo, para otorgar resultados oportunos a aquellos que los necesiten.

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Segundo, a medida que tales sistemas se vuelven ampliamente disponibles, esperamos ver una explosión de analíticas hiperespectrales, que permitan a los usuarios obtener significativamente más información valiosa de los datos. Por ejemplo, el análisis basado en “machine learning”  podría detectar el comienzo del deterioro de la calidad del agua o el daño a los cultivos por pestes o enfermedades mucho más rápidamente de lo que es ahora.

Apoyando la proactividad en la disponibilidad para la misión

Los análisis multi-inteligencia (multi-INT) (esto es, la fusión de colecciones de diferentes fuentes de teledetección para extraer nuevos niveles de inteligencia) representan una importante senda hacia una conciencia situacional más completa y efectiva. Con su detección material y capacidad de identificación, las imágenes hiperespectrales pueden jugar un rol importante en los productos multi-INT del futuro.

Considera una plataforma aérea que aloja un sensor de imágenes de movimiento de área amplia (WAMI) y un sensor de inteligencia de señales (SIGINT), usados para detectar y rastrear la señal de celular de un supuesto atacante. El sensor SIGINT localiza  la señal de celular, hace referencia cruzada con el sensor WAMI, el cual empieza a rastrear el movimiento de la señal a través de la región. Cuando el supuesto atacante se detiene en lugares de la ruta, un sistema hiperespectral escanea contra una lista de “objetivos de interés” en cada ubicación. Este tipo de capacidad multi-INT no solamente es poderosa, sino que puede salvar vidas.

Sola o como parte de una solución multi-INT, las imágenes hiperespectrales tienen la capacidad de entregar nuevos niveles de inteligencia para apoyar la proactividad en la disponibilidad para la misión. Y esta disponibilidad, como parte de un enfoque completo orientado a la resiliencia, nos ayudará a responder a los desafíos planteados por adversarios móviles cada vez más capaces.

Aaron Andrews

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