Πολυφασματική Απεικόνιση των Μεταλλευμάτων στο Οπτικό Μικροσκόπιο

Από RemoteSensing Wiki

Pirard Ε. 2004. Multispectral imaging of ore minerals in optical microscopy. Mineralogical Magazine, April 2004, Vol. 68(2), pp. 323–333. Πηγή: http://citeseerx.ist.psu.edu/viewdoc/download?doi=10.1.1.492.6349&rep=rep1&type=pdf (27/10/2016)

Από τις πρώτες μελέτες των αδιαφανών ορυκτών χρησιμοποιώντας μικροσκόπιο ανακλώμενου φωτός, οι ορυκτολόγοι προσπάθησαν να επωφεληθούν από τα φυσικά χαρακτηριστικά των ορυκτών ώστε να εξακριβωθεί η ταυτότητά τους. Οι δοκιμές της μικροσκληρότητας των εσοχών, η επιλεκτική χάραξη των ορυκτών και οι φασματομετρικές μετρήσεις είναι μεταξύ των τεχνικών που προσέλκυσαν μεγάλη προσοχή (Ramdohr, 1980). Η μικροφασματομετρία (MSP) είναι μεταξύ των πιο ευέλικτων και των πιο συχνά επαναλαμβανόμενων μεθόδων λόγω του μη καταστρεπτικού χαρακτήρα της και του καλά ιδρυμένου θεωρητικού υποβάθρου, δεδομένης της διαθεσιμότητας των ηλεκτρονικών αισθητήρων.

Μέχρι πρόσφατα οι βιντεοκάμερες δεν χρησιμοποιούνταν για επιστημονικούς σκοπούς. Ο Pirard et al. (1999) έκανε πρακτικές προτάσεις για τη βέλτιστη χρήση μίας βιντεοκάμερας τριπλού CCD στη μικροσκοπία ανακλώμενου φωτός. Δύο μεγάλες τεχνικές απαιτήσεις οδήγησαν στην ανάπτυξη των καμερών για λόγους μετάδοσης: α) η αντίληψη των χρωμάτων με τέτοιο τρόπο ώστε να είναι όσο το δυνατόν πλησιέστερα στην ανθρώπινη όραση και β) η ικανότητα απεικόνισης κινούμενων αντικειμένων. Η ανθρώπινη όραση συνήθως μοντελοποιείται από την θεωρία τριπλής διέγερσης της αντίληψης χρωμάτων. Αυτός είναι ο λόγος που οι βιντεοκάμερες έχουν εξοπλισθεί με κόκκινα, πράσινα και μπλε (RGB) φίλτρα ικανά να αποδώσουν, όσο το δυνατόν καλύτερα, το χρώμα του κόσμου μας.

Κάθε μεμονωμένο κύτταρο σε ένα αισθητήρα CCD λειτουργεί ως φωτόμετρο και πρέπει να βαθμονομηθεί σωστά με βάση τις αρχές που έδωσαν οι Galopin και Henry (1972). Αυτό περιλαμβάνει τη βαθμονόμηση ενός αισθητήρα CCD σε σχέση με τα γνωστά πρότυπα ανάκλασης, καθώς και μία σειρά από διορθώσεις που μπορούν να ομαδοποιηθούν υπό τους ακόλουθους όρους: «βραχυπρόθεσμοι» και «μακροπρόθεσμοι» ηλεκτρονικοί θόρυβοι, «ρεύμα σκότους» (dark current) και «χωρική τάση» (spatial drift).

Είναι δυνατή η λήψη μίας εικόνας στην κλίμακα του γκρι που να έχει βαθμονομηθεί σωστά κάτω από αυστηρά ελεγχόμενες οπτικές συνθήκες. Η διαδικασία μπορεί να συνοψιστεί ως εξής:

• Επιλογή των οπτικών και των φίλτρων που θα χρησιμοποιηθούν διάρκεια της μελέτης.
• Στερέωση της επιθυμητής τάσης φωτισμού. Κανένα από τα ορυκτά δεν πρέπει να προκαλέσει κορεσμό στον αισθητήρα σε οποιαδήποτε μήκος κύματος και η μονάδα ισχύος πρέπει να έχει σταθεροποιηθεί σωστά.
• Θέρμανση και σταθεροποίηση του αισθητήρα CCD (έως 90 λεπτά).
• Λήψη όλων των εικόνων με τον ίδιο τρόπο και με τα ίδια πρωτόκολλα ψηφιοποίησης.
• Αποθήκευση μιας μαύρης εικόνας αναφοράς (ΒΙ) ώστε το φως να μην χτυπήσει τον αισθητήρα.
• Επιλογή μίας σταθερής επιφάνεια ανάκλασης όπως εκείνη που θα εκτεθεί η CCD κάτω από καθορισμένες συνθήκες φωταγώγησης. Αποθήκευση μίας λευκής εικόνας ανάκλασης (Wh).
• Έναρξη διαδικασίας απόκτησης της σειράς των εικόνων χωρίς να τροποποιηθούν οι συνθήκες λειτουργίας και τη συστηματική εφαρμογή της ακόλουθης διόρθωσης:Ox,y=((Ix,y-Blx,y))/((Whx,y-Blx,y)) ,όπου Ιx,y ορίζει το εικονοστοιχείο στις συντεταγμένες (x, y) της εικόνας εισόδου, Blx,y είναι η ένταση του ρεύματος σκότους στις ίδιες συντεταγμένες (x, y), Whx,y είναι η ένταση της σταθερής ανακλαστικής επιφάνειας στις ίδιες συντεταγμένες και Ox,y ορίζει το διορθωμένο εικονοστοιχείο εξόδου στις συντεταγμένες (x, y).

Ο κύριος στόχος της πολυφασματικής απεικόνισης είναι να επωφελείται από τη μικροφασματοφωτομετρική πληροφορία για να κινηθεί προς την αυτόματη αναγνώριση των μεταλλικών ορυκτών κάτω από το οπτικό μικροσκόπιο. Αυτό περιλαμβάνει την χρήση πολυμεταβλητών ταξινόμησης εικόνων ή τεχνικές διαχωρισμού παρόμοιες με εκείνες που χρησιμοποιούνται στην τηλεπισκόπηση (Van der Meer, 2002). Μία σημαντική διαφορά που πρέπει να ληφθεί υπόψην είναι μεταξύ των επιβλεπόμενων και των μη επιβλεπόμενων εργαλείων ταξινόμησης.

Τελευταία γίνεται η υπόθεση ότι δεν είναι διαθέσιμη μία εκ των προτέρων γνώση πριν από την έναρξη της διαδικασίας ανάλυσης εικόνας, η οποία είναι σχεδόν η περίπτωση μεταλλικών ορυκτών όπου γενετικές εκτιμήσεις περιορίζουν τις ενώσεις ορυκτών μέσα σε ένα δοσμένο κοίτασμα σε έναν κατάλογο με δέκα (10) έως είκοσι (20) ορυκτά. Ως εκ τούτου, κρίνεται σκόπιμο να εξετασθούν τα εργαλεία ταξινόμησης που βασίζονται σε μία φάση εκπαίδευσης όπου ο χρήστης ο ίδιος μπορεί να επισημάνει περί των αντιπροσωπευτικών περιοχών των ορυκτών που πρόκειται να προσδιορισθούν στις εικόνες που θα μελετηθούν. Εικονοστοιχεία από αυτές τις περιοχές αναλύθηκαν στατιστικά και αποτελούν τη βάση της διακριτικής ανάλυσης.

Στην πράξη, η χρήση της απλής γραμμικής πιθανότητας Fisher της διακριτικής ανάλυσης έχει αποδειχθεί ότι είναι πολύ αποδοτική (Rirard and Bertholet, 2000). Το αποτέλεσμα είναι μία χαρτογράφηση όπου κάθε εικονοστοιχείο έχει αποδοθεί στην πιο πιθανή τάξη ορυκτών. Αφήνεται στον χρήστη να αποφασίσει αν τα εικονοστοιχεία που φαίνονται να είναι πολύ μακριά από ένα δεδομένο είδος ορυκτών πρέπει να ταξινομηθούν ή όχι. Οι αταξινόμητες περιοχές συχνά ενδείκνυνται για ανίχνευση των απροσδόκητων ειδών ορυκτών ή για σωστή τοποθέτηση των πόρων και των ρωγμών. Όσον αφορά τη μικροφασματοφωτομετρία, η πολυφασματική απεικόνιση δίνει καλύτερα αποτελέσματα με τα ορυκτά που έχουν μέσο όρο ανακλαστικότητας πάνω από 5%. Αυτό ισχύει ιδιαίτερα εάν πρόκειται να απεικονισθούν μαζί με ορυκτά με έντονη ανάκλαση, όπως τα σουλφίδια.

Η ακατέργαστη ταξινόμηση, ακόμα και σε ιδανικές συνθήκες, πάντα θα παρουσιάζει λάθη ανάθεσης λόγω της στίλβωσης αντικειμένων ή σε οπτική παρέκκλιση. Στην επαφή μεταξύ ενός ορυκτού με έντονη ανάκλαση και ενός ορυκτού με πιο ασθενή ανάκλαση, εικονοστοιχεία ενδιάμεσης φωτεινότητας θα εμφανισθούν να ανήκουν σε ένα ορυκτό της ενδιάμεσης ανακλαστικότητας, γεγονός που είναι λάθος. Η εικόνα 1 δείχνει καθαρά ότι τα εικονοστοιχεία στην επαφή μεταξύ του πυρίτη και του σφαλερίτη μπορούν να φαίνονται σαν εικονικός χαλκοπυρίτης.

Η πολυφασματική απεικόνιση πρέπει να θεωρηθεί ως η λογική επέκταση όλων των προηγούμενων προσπαθειών που καταβάλλονται για την ποσοτικοποίηση των δεδομένων ανακλαστικότητας και την κατανόηση της σχέσης μεταξύ των οπτικών ιδιοτήτων και των ορυκτολογικών συνθέσεων. Είναι απαραίτητη η περαιτέρω πειραματική έρευνα προκειμένου να γίνει «ρουτίνα» η χρήση του αρχείου ποσοτικών δεδομένων (Quantitative Data File) (Criddle and Stanley, 1993) ως βάση για την αυτόματη αναγνώριση των ειδών των ορυκτών σε ανακλώμενο φως.