Qu'est-ce que le Superspectral et le Multispectral ?

Les appareils photo numériques du quotidien utilisent généralement des architectures de filtrage des couleurs et de traitement des données à matrice de Bayer ; certains domaines spécialisés emploient des capteurs trilinéaires. Toutefois, dans les applications exigeant une grande précision, telles que la criminalistique ou le diagnostic et le dépistage médicaux, les bandes RVB (rouge, vert, bleu) classiques sont insuffisantes. Il faut également des systèmes d’imagerie multibande couvrant les régions spectrales invisibles, comme les UV (ultraviolet), le NIR (proche infrarouge) et le SWIR (infrarouge à ondes courtes).

Les systèmes qui capturaient uniquement des images à large bande dans le spectre visible ont ainsi évolué vers des dispositifs capables de visualiser des plages de longueurs d’onde précises, en utilisant à la fois les bandes visibles et invisibles. Pour comprendre cette technologie, il faut d’abord répondre à la question : qu’est-ce que l’imagerie spectrale ?

Qu’est-ce que l’imagerie spectrale ?

L’imagerie spectrale est une technologie qui, lorsqu’elle enregistre l’image d’un objet ou d’une scène, ne se limite pas aux couleurs perçues par l’œil humain (RVB), mais capture de nombreuses bandes sur une portion beaucoup plus large du spectre électromagnétique, notamment dans l’ultraviolet et l’infrarouge.

Autrement dit, l’imagerie spectrale permet de détecter des caractéristiques imperceptibles à l’œil nu en recueillant des données à des fréquences précises du spectre électromagnétique. Elle repose sur la conversion en données numériques des réflexions produites par les objets ou les zones observées sous un rayonnement appartenant à différentes bandes de longueurs d’onde.

Qu’est-ce que le spectre électromagnétique ?

Il s’agit de la classification scientifique de l’ensemble des rayonnements, des ondes radio aux rayons gamma. L’œil humain n’en perçoit qu’une très petite partie : la lumière visible. Les appareils scientifiques et les capteurs optiques avancés développés par ForenScope, comme les systèmes SuperSpectral et MultiSpectral, rendent visibles des détails situés dans les régions invisibles du spectre.

Qu’est-ce qu’une bande spectrale ?

Une bande spectrale est, simplement, une portion précise de lumière ou d’énergie correspondant à une plage de longueurs d’onde ou de fréquences du spectre électromagnétique. Elle permet de définir la position ou les caractéristiques d’un élément dans le spectre. Certaines longueurs d’onde sont visibles, d’autres ne le sont pas.

Bandes visibles : elles couvrent les plages de lumière bleue, verte et rouge ; toutes les couleurs que nous voyons au quotidien se situent dans ces longueurs d’onde.

Bandes invisibles : l’imagerie spectrale capture des informations à des longueurs d’onde que l’œil humain ne peut pas détecter. Elle permet d’obtenir des données essentielles dans les bandes invisibles, telles que l’infrarouge (IR) — notamment le NIR (proche infrarouge), le LWIR (infrarouge à ondes longues) et le SWIR (infrarouge à ondes courtes) — ainsi que l’ultraviolet (UV), les micro-ondes et les rayons X.

Que sont les imageries MultiSpectral et SuperSpectral ?

Certains matériaux réfléchissent et absorbent la lumière différemment selon les longueurs d’onde. Il est ainsi possible de distinguer des cibles dans les images de télédétection à partir de leurs propriétés de réflectance spectrale. Les systèmes d’imagerie sont classés selon le nombre de leurs bandes spectrales. La différence fondamentale entre MultiSpectral et SuperSpectral concerne le nombre et la largeur de ces bandes.

Imagerie multispectrale

Signifiant littéralement « plusieurs bandes spectrales », l’imagerie multispectrale désigne généralement une acquisition dans 3 à 10 bandes. Elle utilise des fréquences précises du spectre électromagnétique, au-delà de la seule lumière visible, pour détecter des détails et des caractéristiques invisibles à l’œil nu. Par rapport à SuperSpectral, elle emploie toutefois des bandes plus larges et plus espacées, avec des intervalles importants entre les longueurs d’onde.

Imagerie SuperSpectral

L’imagerie SuperSpectral fonctionne généralement avec 10 à 100 bandes. Ces appareils capturent des longueurs d’onde situées au-delà de la vision humaine, comme l’ultraviolet et l’infrarouge, afin de faciliter la détection d’indices invisibles à l’œil nu. Un appareil SuperSpectral possède nettement plus de canaux spectraux qu’un système multispectral. Des bandes plus étroites permettent de saisir des caractéristiques spectrales plus fines. Grâce à des bandes plus nombreuses et plus rapprochées, il couvre une plus grande partie du spectre que MultiSpectral.

Qu’est-ce que l’imagerie hyperspectrale ?

Imagerie hyperspectrale

L’imagerie hyperspectrale désigne généralement une acquisition dans 100 bandes ou plus. Par rapport aux systèmes MultiSpectral et SuperSpectral, elle fournit un flux continu de données en balayant le spectre dans des bandes très étroites et contiguës. Les caméras hyperspectrales produisent un important « cube de données » à haute résolution spectrale.

Cette technologie présente des avantages importants dans certains domaines, mais comporte des limites en matière d’enregistrement instantané à grande vitesse et de capacité de traitement efficace des images, notamment sur les scènes de crime ou lorsque la photographie spectrale exige un niveau élevé de détail.

La technologie SuperSpectral permet quant à elle d’acquérir rapidement des données à haute résolution en utilisant des longueurs d’onde stratégiques, notamment pour la détection de traces biologiques et l’imagerie des empreintes digitales. Alors que les caméras hyperspectrales les plus avancées, hors usages satellitaires et militaires, offrent actuellement une résolution maximale de 1000 × 1000 pixels par bande, l’appareil SuperSpectral Force atteint une définition beaucoup plus élevée de 16 384 × 12 288 pixels. C’est pourquoi, bien que ForenScope ait utilisé l’hyperspectral dans certains projets de R&D, l’entreprise estime que cette technologie doit encore évoluer pour concilier la rapidité, la haute résolution, la mobilité et le coût nécessaires à une utilisation courante dans ses domaines principaux.

Les technologies d’imagerie MultiSpectral et SuperSpectral jouent un rôle essentiel dans les investigations forensiques. Grâce à l’analyse spectrale, les experts peuvent détecter des traces de sang sur des surfaces sombres ou multicolores, des fluides biologiques comme le sperme et l’urine invisibles à l’œil nu, ainsi que des fragments osseux ou dentaires dissimulés parmi des pierres, du sable ou de la terre. Ils peuvent également identifier des résidus de tir (GSR) sur les mains ou sur des vêtements sombres ou multicolores et examiner des documents pour révéler des indices que les méthodes traditionnelles pourraient manquer. Ces techniques avancées contribuent à la résolution des affaires et à la présentation d’éléments probants dans les procédures judiciaires.

Au-delà des sciences forensiques, ces technologies sont utilisées pour le diagnostic courant et la recherche dans différents domaines médicaux, notamment la détection précoce du mélanome, ainsi que l’observation et le suivi des changements à la surface de la peau.

* Ce texte informatif a été préparé par Osman Eşki, responsable de l’équipe R&D, à partir de l’expertise de ForenScope en technologies d’imagerie SuperSpectral et MultiSpectral.