La tecnología de sensores de imagen hiperespectral está ganando cada vez más protagonismo en sectores como la agricultura, la industria, la medicina o la seguridad, gracias a su capacidad para ver más allá de lo visible. Aunque su nombre pueda sonar complejo, su funcionamiento se basa en principios ópticos que permiten identificar materiales y sustancias a través de sus propiedades espectrales.
En este artículo vamos a profundizar en qué es exactamente un sensor de imagen hiperespectral, cómo se diferencia de otros tipos de sensores como los multiespectrales, qué características técnicas los definen, y cuáles son sus principales aplicaciones. También veremos las ventajas que ofrece esta tecnología y sus desafíos actuales.
¿Qué es un sensor de imagen hiperespectral?
Un sensor hiperespectral es un dispositivo capaz de capturar imágenes que contienen información detallada de cientos de bandas espectrales de forma continua, normalmente en el rango del espectro electromagnético que va desde el ultravioleta (350 nm) hasta el infrarrojo cercano y medio (hasta 2500 nm).
Lo que diferencia a esta tecnología es que cada píxel de la imagen generada contiene un espectro completo, lo cual permite identificar materiales por su “firma espectral” única. Estas firmas espectrales reflejan características físicas y químicas del objeto observado, convirtiendo al sensor hiperespectral en una herramienta precisa y no destructiva para la identificación y monitorización detallada de materiales, tejidos u objetos.
¿Cómo funciona la imagen hiperespectral?
La formación de imágenes hiperespectrales consiste en capturar y procesar información del espectro electromagnético reflejada o emitida por los objetos. El sensor divide este espectro en multitud de bandas contiguas muy estrechas, lo que genera una imagen tridimensional también conocida como cubo hiperespectral, con dos dimensiones espaciales y una dimensión espectral.
Este “cubo” permite analizar la intensidad de la luz a diferentes longitudes de onda para cada píxel de la imagen. Gracias a ello, se obtiene un perfil espectral único para cada punto observado, lo que otorga una enorme capacidad de discriminación entre materiales que a simple vista pueden parecer idénticos.
Una aplicación clara podría ser detectar la parte podrida de una fruta sin necesidad de cortarla, ya que las propiedades espectrales del tejido sano y del deteriorado son diferentes aunque no se aprecie visualmente.
¿En qué se diferencia de los sensores multiespectrales?
Los sensores multiespectrales también capturan información espectral pero lo hacen en un número limitado de bandas, normalmente de 5 a 10, que no son necesariamente contiguas. Estas bandas suelen incluir las visibles (rojo, verde y azul) y alguna en el infrarrojo cercano.
En cambio, los sensores hiperespectrales registran cientos de bandas muy estrechas y contiguas, lo que proporciona una resolución espectral mucho más alta. Por esto, los sensores hiperespectrales pueden identificar con mayor precisión las composiciones químicas o identificar materiales con propiedades muy similares, algo que no sería posible con los sensores multiespectrales.
Ventajas y características técnicas de la tecnología hiperespectral
Los sistemas hiperespectrales ofrecen una serie de beneficios técnicos que los hacen únicos para aplicaciones avanzadas:
- Medición sin contacto: al tratarse de cámaras, se puede capturar la información sin necesidad de tocar el objeto.
- Método no destructivo: no se altera ni daña el objeto al analizarlo.
- Alta especificidad: permite distinguir incluso variaciones mínimas entre materiales muy parecidos, gracias a su alta resolución espectral.
- Posibilidad de medición en tiempo real: hay soluciones que permiten capturar y analizar imágenes al instante, incluso en entornos industriales.
- Versatilidad en las condiciones de luz: pueden configurarse para trabajar con diferentes tipos de iluminación, como infrarrojo o luz controlada.
En cuanto a las tecnologías empleadas, hay varias alternativas. Algunas cámaras utilizan filtros interferométricos tipo Fabry-Perot aplicados directamente sobre los sensores, lo que permite miniaturizar el sistema, reducir costes y hacerlo más portátil. Otras emplean técnicas de escaneo como la tecnología “push-broom”, que consiste en capturar una línea del objeto por cada instante, moviendo el sensor para construir la imagen completa.
Resolución espectral y espacial
Una de las características más potentes de los sensores hiperespectrales es su elevada resolución espectral, que permite diferenciar entre longitudes de onda con muy poca separación, incluso de 10 a 20 nm. Esto se traduce en una mayor capacidad de reconocimiento de firmas espectrales.
No obstante, esta ventaja viene muchas veces acompañada de una resolución espacial más baja, ya que la cantidad de datos que tiene que captar el sensor se multiplica al añadir tantas bandas espectrales. En contraste, los sensores multiespectrales suelen tener menos bandas pero captadas con mayor resolución espacial.
Tamaño, procesamiento de datos y complejidad
El volumen de información que generan las imágenes hiperespectrales es enorme. Se trata de datos tridimensionales que requieren de un procesamiento computacional complejo y de software especializado. Este análisis suele incluir técnicas de quimiometría o algoritmos de aprendizaje automático para identificar patrones en las firmas espectrales.
Por ello, uno de los desafíos actuales de esta tecnología es el almacenamiento eficiente y el análisis rápido de los datos. Afortunadamente, cada vez aparecen más soluciones orientadas a facilitar el uso de estas herramientas incluso en entornos industriales o en campo.
¿Cuándo recurrir a sensores hiperespectrales frente a multiespectrales?
La elección entre estas tecnologías depende del objetivo final. Los sensores multiespectrales suelen ser más económicos, rápidos de implementar y de menor complejidad, por lo que son ideales para tareas donde no es necesario un nivel de detalle espectral extremo.
En cambio, si el análisis requiere alta precisión y diferenciación fina entre materiales, como sucede en biomedicina, control de calidad o identificación mineralógica, entonces un sensor hiperespectral es claramente más adecuado.
En muchos casos, ambas tecnologías pueden incluso combinarse para sacar partido de sus respectivas ventajas.
Aplicaciones más destacadas de la imagen hiperespectral
Los sensores hiperespectrales tienen una lista creciente de aplicaciones, entre las que destacan:
- Agricultura y cultivos: evaluación de la salud vegetal, detección de enfermedades o estrés hídrico, análisis nutricional y mapeo de especies.
- Industria alimentaria: control de calidad no invasivo, detección de cuerpos extraños, análisis nutricional y clasificación automatizada.
- Medicina y biociencias: análisis de tejidos, diagnóstico no intrusivo, detección de heridas o anomalías celulares.
- Minería y geología: identificación precisa de minerales, mapeo de depósitos y análisis de suelos.
- Control ambiental: detección de contaminantes en agua y aire, monitorización de humedales o incendios.
- Seguridad y defensa: detección de objetos ocultos, sustancias químicas o vigilancia avanzada.
- Arqueología y arte: análisis de pigmentos, conservación de obras y detección de falsificaciones.
- Industria farmacéutica: control de procesos y autenticación de productos.
Tecnologías destacadas en el mercado
Hay una variedad de tecnologías y marcas que han desarrollado soluciones específicas para distintas aplicaciones. Por ejemplo:
- Nireos HERA: usa espectroscopía de transformada de Fourier (FT), proporcionando alta precisión espectral y excelente estabilidad, incluso en ambientes industriales con vibraciones.
- HAIP-Black: apuesta por tecnología “push-broom” con adaptaciones para entornos estáticos y sistemas portátiles, como cámaras de mano o sistemas embarcados en drones.
- SILIOS: Especializada en cámaras multiespectrales tipo snapshot que permiten capturar múltiples bandas simultáneamente gracias a filtros pixelados sobre sensores CMOS o InGaAs.
Gracias a estos avances, esta tecnología se está volviendo cada día más flexible, adaptable y accesible para múltiples sectores.
La adopción de sensores hiperespectrales en diferentes campos representa una oportunidad de innovación que permite obtener datos más precisos y profundos, facilitando decisiones mejor fundamentadas y optimizadas para cada sector.
