Métodos de Procesado Hiperespectrales Aplicado a la Oceanografía Biológica

Abstract

English: In the field of marine biology, phytoplankton is the subject of many studies. These microscopic algae are the primary producers of the oceans as well as being an important absorber of CO2. Its characterization provides valuable information about the state of the marine ecosystem, so fragile and important for human being. The need to explore such an hostile environment has motivated the development of a complete specialized technology, included advanced optical instrumentation. As part of the system devoted to photosynthesis, phytoplankton cells contain pigments capable of absorbing light, part of which can be re-emitted in the form of fluorescence. This kind of luminiscence can be induced and measured with hyperspectral optical sensors to obtain a complete spectrum. As each species has a particular combination of pigments, so will be the frequency response of the light emission. This is the principle that attempts to exploit this project to try to identify different classes of phytoplankton from its fluorescence spectrum. Optics, statistics and machine learning tools are used to try to make possible a future autonomous system for the characterization of the water column.

Castellano: El fitoplancton es objeto de gran atención en el ámbito de la biología marina. Estas algas microscópicas son los productores primarios de los océanos además de ser importantes captadores de CO2. Su caracterización proporciona una valiosa información sobre el estado de un ecosistema tan frágil e importante para el ser humano como el marino. La necesidad de explorar un medio tan inaccesible ha motivado el desarrollo de toda una tecnología especializada, entre la que se encuentra la instrumentación óptica. Como parte del sistema dedicado a la fotosíntesis, las células de fitoplancton tienen unos pigmentos capaces de absorber luz, parte de la cual puede ser re-emitida en forma de fluorescencia. Esta energía lumínica puede ser inducida y medida mediante sensores ópticos hiperespectrales para obtener un espectro completo. Al tener cada especie una combinación de pigmentos particular también lo será la respuesta en frecuencia de su emisión lumínica . Es este principio el que se aprovecha en este proyecto para tratar de identificar diferentes clases de fitoplancton a partir de su espectro de fluorescencia. La óptica, la estadística y el aprendizaje de máquinas son utilizados para tratar de hacer posible en el futuro un sistema autmático para la caracterización de la columna de agua.

Català: El fitoplancton és objecte de gran atenció en l'àmbit de la biologia marina. Aquests èssers microscòpics són els productors primaris dels oceans, a més de ser importants captors de CO2. La seva caracterització proporciona informació molt valiosa sobre l'estat d'un ecosistema tan fràgil i important per l'èsser humà com és el marí. La necessitat d'explorar un medi tan inaccessible ha motivat el desenvolupament de tota una tecnología especialitzada, destacant la instrumentació òptica. Com a part del sistema dedicat a la fotosíntesi, les cèl·lules de fitoplancton tenen uns pigments capaços d'absorvir llum, part de la qual pot ser reemessa en forma de fluorescència. Aquesta energia lumínica pot ser induida i mesurada mitjançant sensors òptics hiperespectrals per obtenir un espectre complet. Com que cada espècie te una combinació de pigments particular, també ho serà la resposte en freqüència de la seva emissió lumínica. Aquest principi és el que s'util·litza en aquest projecte per intentar identificar diferents classes de fitoplancton a partir del seu espectre de fluorescència. La òptica, la estadística i l'aprenentatge de maquines s'util·litzen per fer possible en el futur un sistema automàtic per caracterizar la columna d'aigüa.