Análisis por imágenes hiperespectrales de mezclas de suelo con derivados de petróleo, en la región de 900 a 1700 nm - Flores Camargo, Ricardo (2019)
En esta investigación se estudiaron suelos contaminados con derivados de petróleo usando un sistema de imagen hiperespectral de laboratorio con el objetivo de analizar la respuesta espectral en la región de 900 a 1700 nm. Para ello se tienen como objetivos particulares preparar patrones de referencia de suelos derivados de petróleo, aplicar diferentes métodos de preprocesamientos y procesamientos para imágenes hiperespectrales y diferenciar el suelo contaminado del suelo no contaminado. El trabajo se divide en tres partes, (1) calibración del sistema de imágenes hiperespectrales de laboratorio, (2) preparación de las muestras patrones de referencia y adquisición de imágenes, (3) preprocesamiento y procesamiento de las imágenes hiperespectrales (HSI). Para la calibración del sistema de imágenes hiperespectrales de laboratorio se debe realizar la calibración de la reﬂectancia de la cámara hiperespectral con un patrón de referencia (teﬂón) y la calibración del sistema HSI de laboratorio donde se controla la distancia foco-muestra, velocidad de la plataforma, fotogramas por segundo (fps) y resolución espacial. Para realizar las muestras patrones se mezclan 70 % del suelo (limoso o arcilloso) con 30 % de crudo de petróleo, para luego reducir la concentración en un rango de 3 % hasta llegar a una concentración mínima de 3 % de crudo de petróleo, este procesamiento se repite para las muestras patrones con diésel. Para la muestra patrón de suelo arenoso la concentración máxima del contaminante es de 20 % (crudo o diésel) y se reduce en un rango de 2 % hasta llegar a una concentración mínima de 2 % (crudo o diésel). Se obtuvieron 60 patrones de referencia los cuales fueron comparadas los suelos sin contaminar (limoso, arcilloso y arenoso). Para el preprocesamiento de las HSI se procedió con la normalización, se eliminó el ruido por medio de un suavizado, se corrigió el valor multiplicativo y la línea base de los valores obtenidos de las HSI, usando los métodos: normalización máxima, Savitzky-Golay, variable normal estándar (SNV) y de-trend. Para el procesamiento de las HSI se utilizaron el análisis de componentes principales (PCA) y umbralización para poder eliminar los píxeles o clases (fondo, porta muestra, sombras o puntos de máxima reﬂectancia) no deseados de la muestra. Después del procesamiento, se agruparon las imágenes por el tipo de contaminante para formar mosaicos y clasiﬁcarlo por PCA y analizar la dispersión de cada patrón de referencia frente a su valor medio (σ) y desviación estándar (sn); logrando concluir que el valor medio de una muestra contaminada es mayor al valor medio de una muestra no contaminada, Observando que existe menor dispersión en las muestras contaminadas frente a la que no se contamina. Para poder relacionar la concentración con la segunda derivada de los espectros de reﬂectancia SNV-D, se realiza un modelo lineal entre las regiones de las longitudes de onda de 1087 a 1274 nm, obteniendo los mejores resultados para el suelo limoso con crudo de petróleo. Con todos los resultados obtenidos en la investigación se concluyó que un sistema de imágenes hiperespectrales de laboratorio en el rango de 900 a 1700 nm se puede utilizar como un sistema rápido y no invasivo para clasiﬁcar entre suelo contaminado y no contaminado como también poder encontrar el grado de contaminación en los suelos contaminados por derivados de petróleo.