Você já imaginou quantos mistérios existem ao nosso redor que nossos olhos não conseguem perceber?
Quando tiramos uma foto com o celular, estamos registrando apenas uma pequena parte do espectro eletromagnético: a luz visível. Mas o que há além disso? Quais segredos estão ocultos fora do alcance da nossa visão? Será que informações invisíveis aos nossos olhos poderiam ser usadas para detectar doenças precocemente ou identificar substâncias adulteradas em alimentos? Essas perguntas, que parecem tiradas de um filme de ficção científica, estão muito mais próximas da nossa realidade do que imaginamos.
As imagens espectrais surgem como uma tecnologia inovadora capaz de revelar o "invisível", traduzindo informações físicas e químicas dos objetos para o mundo digital. Seja verificando a qualidade do café que consumimos diariamente, monitorando uma plantação para prevenir perdas na colheita ou diagnosticando problemas de saúde antes mesmo de apresentarem sintomas visíveis, as análises espectrais transformam a luz refletida em dados valiosos.
Vamos entender como tudo isso funciona:
Diferenças entre Imagens Multiespectrais e Hiperespectrais
As imagens hiper e multiespectrais capturam uma faixa muito mais ampla do espectro eletromagnético, indo além do espectro visível. Essas tecnologias abrangem desde a luz ultravioleta (UV, 200–400 nm) e a luz visível (VIS, 400–780 nm) até o infravermelho próximo (NIR, 780–2500 nm) e o infravermelho médio (MIR, 2500–25.000 nm), superando em muito as limitações das câmeras convencionais.
Essas imagens utilizam a luz refletida ao interagir com os materiais, capturando detalhes estruturais e espectrais decorrentes de processos como absorção, espalhamento e transmissão. Assim, tornam visíveis informações que nossos olhos jamais enxergariam, abrindo portas para aplicações que podem transformar diversas áreas do conhecimento.
As imagens espectrais podem ser classificadas como multiespectrais e hiperespectrais, sendo que cada uma possui características distintas:
Imagens Multiespectrais
Número de bandas: Geralmente capturam de 3 a 10 bandas espectrais, que são mais largas. As bandas típicas incluem as cores vermelho, verde e azul (RGB), além de algumas bandas no infravermelho próximo. 💡
Resolução espectral: As bandas são mais amplas (geralmente entre 20 a 100 nm), o que resulta em uma discriminação espectral menos detalhada.
Vantagens:
Aquisição de dados mais simples, pois não há necessidade de alto poder de processamento.
Custos de equipamentos geralmente mais baixos.
As tecnologias Multiespectrais desenvolvidas pela OpenScience usam de 20 a 40 comprimentos de onda
Imagens Hiperespectrais
Número de bandas: Capturam dezenas ou até centenas de bandas espectrais estreitas (tipicamente entre 10 a 20 nm), que formam um cubo de dados e permitem análises muito detalhadas.
Resolução espectral: A alta resolução espectral possibilita uma análise profunda e detalhada, além da identificação precisa de diferentes materiais com base em suas assinaturas únicas.
Característica | Imagens RGB (de celular) | Imagens Multiespectrais | Imagens Hiperespectrais |
Número de Bandas | 3 (RGB) | 3 a 10 | Centenas |
Resolução Espectral | Baixa | Média | Alta |
Custo | Baixo | Médio | Alto |
Funcionamento das Imagens Espectrais
As técnicas de captura de imagens espectrais podem variar conforme o tipo de varredura e o arranjo de sensores. As principais categorias são:
Varredura Pontual (Whiskbroom): O sensor varre a amostra ponto a ponto, coletando o espectro completo de cada ponto. Essa abordagem é comum em radiômetros de bancada ou em sistemas de laboratório e costumam ter alta resolução espectral.
Varredura Linear (Pushbroom): Uma linha de sensores coleta dados de uma linha, enquanto o sistema ou o objeto se move. Essa técnica é amplamente utilizada em sistemas de sensoriamento remoto (por satélites ou drones) e em aplicações industriais em esteiras de produção.
Spectral Scan: Envolve a varredura espectral de um objeto ou área, em que diferentes comprimentos de onda são capturados sequencialmente. Pode ser realizada usando dispositivos como espectrômetros, que analisam a luz refletida ou emitida.
Snapshot: Captura todos os dados espectrais em uma única imagem instantânea, permitindo a aquisição simultânea de múltiplas bandas espectrais para cada pixel da imagem. É ideal para objetos em movimento, pois elimina problemas relacionados ao tempo de varredura e distorções associadas ao movimento do sensor. No entanto, costuma requerersistemas mais complexos e caros, devido à necessidade de tecnologia avançada para capturar todos os dados simultaneamente.
Aplicações Práticas
As imagens multiespectrais e hiperespectrais tem aplicações em diversas áreas que vão desde o monitoramento remoto de áreas agrícolas, a detecção de doenças, análise de tecido humano durante cirurgias, avaliação da homogeneidade de fármacos, identificação de fraudes em obras de arte, análise forenses, entre muitas outras aplicações.
Aplicações das Imagens Espectrais - OpenScience
A OpenScience é pioneira no desenvolvimento de soluções inovadoras e acessíveis, promovendo a democratização de análises espectrais em diversos mercados. Entre suas tecnologias de destaque, estão:
Microscopia Multiespectral de Baixo Custo
Este avançado sistema de microscopia multiespectral combina alta resolução com portabilidade, sendo ideal para ambientes com recursos limitados ou uso em campo. Com ele, foi possível identificar adulterantes em café torrado e moído, como casca de café, milho, cevada e sementes de açaí. O equipamento oferece análises rápidas e não destrutivas, permitindo a detecção de impurezas e fraudes de maneira eficaz.
Tecnologia Hiperespectral na Cadeia Produtiva do Café
A OpenScience desenvolveu um sistema que utiliza imagens espectrais para a classificação de grãos de café em um laboratório de uma grande indústria brasileira. Este equipamento automatizado realiza, em aproximadamente 30 segundos, análises detalhadas de catação, impureza, qualidade da bebida, umidade e localização de defeitos diretamente na imagem. O processo é totalmente objetivo, garantindo eficiência e precisão.
Equipamento Multiespectral - Imajan
O Imajan é um equipamento multiespectral portátil e econômico, projetado para análises de grãos e vegetais. Ele já foi utilizado para avaliar a qualidade de tomates e classificar grãos de soja, café e feijão, identificando com precisão defeitos e impurezas diretamente nas imagens capturadas.
Conclusão
As imagens espectrais representam uma poderosa ferramenta de análise, capaz de fornecer informações ricas sobre a composição e as propriedades de diversos materiais em escalas que vão do macro ao microscópico. Esse tipo de abordagem vem revolucionando áreas como agricultura, indústria alimentícia, saúde, geologia, entre outras, viabilizando diagnósticos mais precisos, processos mais eficientes e produtos de maior qualidade.
A OpenScience desponta como uma protagonista na democratização dessas tecnologias, oferecendo soluções acessíveis e de alto impacto prático. Ao conectar inovação científica, desenvolvimento tecnológico e aplicabilidade industrial, reafirmamos nosso compromisso em tornar a análise espectral mais acessível para indústria Brasileira.
Referências
Sabin, G. P., Soares, F. L. F., Freitas, D. L. D. D., Silva, H. V. D. O., Antunes, C. M. M. M. O., Mohamed, E. A., Teixeira, C. A., Assis, C., Cardoso, V. G. K., & Volochen, M. (2024). Hyperspectral imaging applications. In F. A. N. Fernandes, S. Rodrigues, & E. G. A. Filho (Eds.), Chemometrics (pp. 91-123). Elsevier. https://doi.org/10.1016/B978-0-443-21493-6.00005-8
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