El reconocimiento mejorado hiperespectral con señalización en tiempo real aerotransportado , también conocido por el acrónimo ARCHER , es un sistema de imágenes aéreas que produce imágenes terrestres mucho más detalladas que las que se pueden obtener a simple vista o con fotografías aéreas comunes . [1] Es el sistema de imágenes hiperespectrales no clasificadas más sofisticado disponible, según los funcionarios del gobierno de los EE. UU. [2] ARCHER puede escanear automáticamente imágenes detalladas en busca de una firma determinada del objeto que se busca (como un avión desaparecido), [3] en busca de anomalías en el área circundante o de cambios en las firmas espectrales registradas anteriormente. [4]
Tiene aplicaciones directas para búsqueda y rescate , lucha contra las drogas , socorro en casos de desastre y evaluación de impacto, y seguridad nacional , y ha sido desplegado por la Patrulla Aérea Civil (CAP) en los EE. UU. en el avión de ala fija Gippsland GA8 Airvan construido en Australia . [2] CAP, la auxiliar civil de la Fuerza Aérea de los Estados Unidos , es una organización sin fines de lucro de servicio público y educación voluntaria que realiza búsquedas y rescates de aeronaves en los EE. UU.
ARCHER es una tecnología no invasiva que funciona durante el día analizando la luz reflejada de un objeto. No puede detectar objetos de noche, bajo el agua, bajo una densa vegetación, bajo tierra, bajo la nieve o en el interior de edificios. [5] El sistema utiliza una cámara especial que apunta hacia abajo a través de un portal de cristal de cuarzo en el vientre de la aeronave, que normalmente vuela a una altitud de misión estándar de 2500 pies (760 metros) y una velocidad terrestre de 100 nudos (50 metros/segundo). [6]
El software del sistema fue desarrollado por Space Computer Corporation de Los Ángeles y el hardware del sistema es suministrado por NovaSol Corp. de Honolulu, Hawaii específicamente para CAP. [5] [7] El sistema ARCHER se basa en la investigación y pruebas de tecnología hiperespectral realizadas previamente por el Laboratorio de Investigación Naval de los Estados Unidos (NRL) y el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea (AFRL). [7] CAP desarrolló ARCHER en cooperación con el NRL, AFRL y el Centro de Investigación y Desarrollo de la Guardia Costera de los Estados Unidos en el proyecto interinstitucional más grande que CAP ha llevado a cabo en sus 74 años de historia. [8]
Desde 2003, se han gastado casi 5 millones de dólares estadounidenses autorizados bajo la Ley de Asignaciones de Defensa de 2002 en desarrollo y despliegue. [5] En enero de 2007 [actualizar], CAP informó haber completado el despliegue inicial de 16 aeronaves en todo Estados Unidos y haber entrenado a más de 100 operadores, pero solo había utilizado el sistema en unas pocas misiones de búsqueda y rescate, y no le había atribuido el mérito de ser el primero en encontrar restos. [9] En búsquedas en Georgia y Maryland durante 2007, ARCHER localizó los restos de la aeronave, pero en ambos accidentes no hubo supervivientes, según el coronel Drew Alexa, director de tecnología avanzada y gerente del programa ARCHER en CAP. [1] En septiembre de 2007, se utilizó un avión equipado con ARCHER del ala de Utah de la Patrulla Aérea Civil en la búsqueda del aventurero Steve Fossett . [3] [10] ARCHER no localizó al Sr. Fossett, pero fue fundamental para descubrir ocho sitios de accidentes previamente inexplorados en la zona del alto desierto de Nevada , [11] [12] algunos de ellos con décadas de antigüedad. [13] [14]
En 2007, la coronel Alexa describió el sistema a la prensa: "El ojo humano ve básicamente tres bandas de luz. El sensor ARCHER ve 50. Puede ver cosas que son anómalas en la vegetación, como metal o algo que provenga de los restos de un avión". [1] La mayor Cynthia Ryan, de la Patrulla Aérea Civil de Nevada , al describir también el sistema a la prensa en 2007, afirmó: "ARCHER es esencialmente algo que se utiliza en las geociencias. Es algo bastante sofisticado... más allá de lo que el ojo humano puede ver en general". [15] Y añadió: "Puede ver rocas, árboles, montañas, artemisa, lo que sea, pero dice 'eso no' o 'sí, eso'. Lo sorprendente de esto es que puede ver tan sólo el 10 por ciento del objetivo y extrapolar a partir de ahí". [16]
Además de la misión principal de búsqueda y rescate, CAP ha probado usos adicionales para ARCHER. [17] Por ejemplo, un CAP GA8 equipado con ARCHER se utilizó en un proyecto piloto en Missouri en agosto de 2005 para evaluar la idoneidad del sistema para rastrear liberaciones de materiales peligrosos al medio ambiente, [18] y otro se desplegó para rastrear derrames de petróleo después del huracán Rita en Texas durante septiembre de 2005. [19]
Desde entonces, en el caso de un vuelo que se originó en Missouri, el sistema ARCHER demostró su utilidad en octubre de 2006, cuando encontró los restos en Antlers, Oklahoma. [20] La Junta Nacional de Transporte y Seguridad se mostró sumamente satisfecha con los datos proporcionados por ARCHER, que luego se utilizaron para localizar restos de aeronaves esparcidos por kilómetros de terreno accidentado y boscoso. En julio de 2007, el sistema ARCHER identificó un derrame de petróleo originado en una refinería de petróleo de Kansas, que se extendió río abajo y había invadido áreas de depósito previamente insospechadas. [21] Las agencias clientes (EPA, Guardia Costera y otras agencias federales y estatales) consideraron que los datos eran esenciales para una rápida remediación. En septiembre de 2008, un GA-8 de la Patrulla Aérea Civil de Texas Wing buscó un avión desaparecido de Arkansas. Fue encontrado en Oklahoma, identificado simultáneamente por los buscadores en tierra y el sistema ARCHER que sobrevolaba. En lugar de un hallazgo directo, esto fue una validación de la precisión y eficacia del sistema. En la recuperación posterior, se encontró que el ARCHER trazó el área de los escombros con gran precisión. [ cita requerida ]
Los principales componentes del subsistema ARCHER incluyen: [6]
El sensor remoto de espectroscopia de imágenes hiperespectrales pasivas observa un objetivo en bandas multiespectrales. La cámara HSI separa los espectros de imagen en 52 "contenedores" desde 500 nanómetros (nm) de longitud de onda en el extremo azul del espectro visible hasta 1100 nm en el infrarrojo , lo que le da a la cámara una resolución espectral de 11,5 nm. [22] Aunque ARCHER registra datos en las 52 bandas, los algoritmos computacionales solo usan las primeras 40 bandas, de 500 nm a 960 nm porque las bandas por encima de 960 nm son demasiado ruidosas para ser útiles. [23] A modo de comparación, el ojo humano normal responderá a longitudes de onda de aproximadamente 400 a 700 nm , [24] y es tricromático , lo que significa que las células del cono del ojo solo detectan la luz en tres bandas espectrales.
Mientras el avión ARCHER vuela sobre un área de búsqueda, la luz solar reflejada es captada por la lente de la cámara HSI. La luz captada pasa a través de un conjunto de lentes que enfocan la luz para formar una imagen del suelo. El sistema de captura de imágenes utiliza un enfoque de barrido hacia adelante para la adquisición de imágenes. Con el enfoque de barrido hacia atrás, la ranura de enfoque reduce la altura de la imagen al equivalente de un píxel vertical, creando una imagen de línea horizontal.
La imagen de la línea horizontal se proyecta luego sobre una rejilla de difracción, que es una superficie reflectante muy finamente grabada que dispersa la luz en sus espectros. La rejilla de difracción está especialmente construida y posicionada para crear una imagen espectral bidimensional (2D) a partir de la imagen de la línea horizontal. Los espectros se proyectan verticalmente, es decir, perpendiculares a la imagen de la línea, gracias al diseño y la disposición de la rejilla de difracción. [ cita requerida ]
La imagen del espectro 2D se proyecta sobre un sensor de imagen bidimensional de dispositivo acoplado a carga (CCD), que está alineado de modo que los píxeles horizontales sean paralelos a la horizontal de la imagen. Como resultado, los píxeles verticales coinciden con los espectros producidos a partir de la rejilla de difracción. Cada columna de píxeles recibe el espectro de un píxel horizontal de la imagen original. La disposición de los sensores de píxeles verticales en el CCD divide el espectro en intervalos distintos y no superpuestos. La salida del CCD consta de señales eléctricas para 52 bandas espectrales para cada uno de los 504 píxeles horizontales de la imagen. [ cita requerida ]
La computadora de a bordo registra la señal de salida del CCD a una frecuencia de sesenta imágenes por segundo. A una altitud de la aeronave de 2500 pies sobre el terreno y una velocidad de 100 nudos, una frecuencia de imagen de 60 Hz equivale a una resolución de imagen del terreno de aproximadamente un metro cuadrado por píxel. Por lo tanto, cada imagen capturada por el CCD contiene los datos espectrales de una franja de terreno de aproximadamente un metro de largo y 500 metros de ancho. [23]
Una cámara de imágenes de alta resolución (HRI) en blanco y negro, o pancromática, se monta adyacente a la cámara HSI para permitir que ambas cámaras capturen la misma luz reflejada. La cámara HRI utiliza un enfoque de barrido de barrido al igual que la cámara HSI con una lente similar y una disposición de rendijas para limitar la luz entrante a un haz delgado y ancho. Sin embargo, la cámara HRI no tiene una rejilla de difracción para dispersar la luz reflejada entrante. En cambio, la luz se dirige a un CCD más ancho para capturar más datos de imagen. Debido a que captura una sola línea de la imagen del suelo por fotograma, se denomina cámara de escaneo de línea. El CCD HRI tiene 6144 píxeles de ancho y un píxel de alto. Funciona a una velocidad de cuadros de 720 Hz. A la velocidad y altitud de búsqueda de ARCHER (100 nudos sobre el suelo a 2500 pies AGL), cada píxel en la imagen en blanco y negro representa un área de 3 pulgadas por 3 pulgadas del suelo. Esta alta resolución agrega la capacidad de identificar algunos objetos. [23]
Un monitor en la cabina muestra imágenes detalladas en tiempo real, y el sistema también registra la imagen y los datos del Sistema de Posicionamiento Global a una velocidad de 30 gigabytes (GB) por hora para su posterior análisis. [1] El sistema de procesamiento de datos a bordo realiza numerosas funciones de procesamiento en tiempo real, incluyendo la adquisición y grabación de datos , la corrección de datos brutos, la detección de objetivos, la señalización y el chipping, el georregistro de imágenes de precisión y la visualización y difusión de productos de imágenes e información de señalización de objetivos. [25]
ARCHER tiene tres métodos para localizar objetivos:
En la detección de cambios, se identifican los cambios de escena y se resaltan los objetivos nuevos, movidos o que se han ido para su evaluación. [2] En la comparación de firmas espectrales, el sistema se puede programar con los parámetros de una aeronave desaparecida, como los colores de pintura, para alertar a los operadores de posibles restos. [3] También se puede utilizar para buscar materiales específicos, como productos derivados del petróleo u otros productos químicos liberados al medio ambiente, [18] o incluso elementos ordinarios como lonas de polietileno azul comúnmente disponibles . En una función de evaluación de impacto, la información sobre la ubicación de las lonas azules utilizadas para reparar temporalmente los edificios dañados en una tormenta puede ayudar a dirigir los esfuerzos de socorro en caso de desastre; en una función antidrogas, una lona azul ubicada en un área remota podría estar asociada con una actividad ilegal. [27]
ARCHER… es capaz de obtener imágenes aéreas pancromáticas mucho más detalladas que las que se pueden obtener a simple vista o con la fotografía común.
El sistema de imágenes hiperespectrales no clasificadas más sofisticado disponible.
Según CAP, un conjunto de parámetros que describen el objetivo previsto, incluidos su color y forma, se programa en el sistema ARCHER.
HSI: también conocido como "ARCHER". HSI es un sistema de sensor pasivo que observa un objetivo en bandas multiespectrales.
{{cite journal}}: Requiere citar revista |journal=( ayuda )HSI es una tecnología no invasiva diurna que funciona analizando la luz reflejada de un objeto.
ARCHER contiene un sistema avanzado de imágenes hiperespectrales (HSI) y una cámara de imágenes de alta resolución (HRI) pancromática.
Cada sistema ARCHER consta de un sensor de imágenes hiperespectrales (HSI) de barrido continuo, visible/infrarrojo cercano (VNIR), diseñado por NovaSol, un sensor de imágenes de alta resolución (HRI) pancromático visible con alineación paralela y una unidad GPS/INS CMIGITS-III en un conjunto de sensores integrados montado dentro de la cabina del GA-8. ARCHER incorpora un sistema de procesamiento de datos a bordo desarrollado por Space Computer Corporation (SCC) para realizar numerosas funciones de procesamiento en tiempo real, que incluyen adquisición y registro de datos, corrección de datos brutos, detección de objetivos, señalización y chipping, georregistro de imágenes de precisión y visualización y difusión de productos de imágenes e información de señalización de objetivos.
{{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda )El Dr. Paul Schuda (CAP) informó que la Patrulla Aérea Civil ha completado el despliegue inicial de dieciséis sistemas de reconocimiento mejorado hiperespectral de señalización en tiempo real aerotransportados…
…un avión del ala Utah de la Patrulla Aérea Civil llegó el miércoles con equipo capaz de recolectar imágenes hiperespectrales y pancromáticas…
Si bien el Archer no ha localizado a Fossett, ha sido fundamental en el descubrimiento de al menos ocho restos de aviones que no habían sido detectados anteriormente en la escarpada región de Sierra Nevada.
los equipos de búsqueda han descubierto los restos de otros ocho aviones que habían estado perdidos durante años en las escarpadas montañas del oeste de Nevada y sus alrededores.
…otro avión derribado el viernes que fue avistado en una ladera a unas 45 millas al sureste de Reno… resultó ser un accidente antiguo, un avión registrado por última vez en Oregon en 1975
…antes de la llegada de aparatos de búsqueda de alta tecnología como el sistema de imágenes ARCHER, que puede identificar objetivos tan pequeños como una motocicleta a 2500 pies de distancia. Uno de los lugares de accidentes que descubrió el equipo de Fossett podría datar de 1964…
"ARCHER es básicamente algo que se utiliza en el campo de las geociencias", dijo Ryan. "Es un sistema bastante sofisticado... que va más allá de lo que el ojo humano puede ver en general".
"Puede que vea rocas, puede que vea árboles, puede que vea montañas, artemisa, lo que sea, pero dice 'eso no' o 'sí, eso'", dijo.[ enlace muerto ]
El CAP ha encontrado muchos otros usos para el ARCHER, incluidas misiones de seguridad nacional, evaluación de desastres e interdicción de drogas.
El Departamento de Recursos Naturales de Missouri ... está llevando adelante un proyecto piloto para evaluar las aplicaciones ambientales de ARCHER ...
Un 'Airvan' GA-8 de Gippsland Aeronautics ... llegó al aeropuerto de West Houston para apoyar la evaluación del huracán Rita.
ARCHER incorpora un sistema de procesamiento de datos a bordo desarrollado por Space Computer Corporation (SCC) para realizar numerosas funciones de procesamiento en tiempo real…
{{cite book}}: |journal=ignorado ( ayuda )...comparación de firmas (comparación de la luz reflejada con las firmas espectrales), detección de anomalías (calcula un modelo estadístico de todos los píxeles de la imagen para ver si existe la probabilidad de que un píxel no encaje).
en una zona boscosa remota: útil para aplicaciones antidrogas.