Rozmowa z prof. Wojciechem Tylmannem z Wydziału Oceanografii i Geografii Uniwersytetu Gdańskiego na temat unikatowego skanera, służącego do obrazowania hiperspektralnego rdzeni osadów geologicznych.

Anna Konopka, GospodarkaMorska.pl: Panie profesorze, skaner, który właśnie trafił na uczelnię służy do obrazowania hiperspektralnego rdzeni osadów geologicznych. Co to właściwie znaczy? 

Wojciech Tylmann, prof. UG: Obrazowanie hiperspektralne, to technika podobna do fotografii cyfrowej, z tym że w standardowej fotografii obraz rejestrowany jest w trzech zakresach długości fali (RGB), natomiast obraz zarejestrowany przez kamerę hiperspektralną składa się z kilkudziesięciu czy nawet kilkuset kanałów odpowiadających ściśle określonym długościom fal. Po odpowiednim przetworzeniu i analizie danych możemy z niego odczytać o wiele więcej informacji o obrazowanych obiektach od tradycyjnej fotografii cyfrowej.

Gdzie ta metoda znajduje zastosowanie?

Technika obrazowania hiperspektralnego jest wykorzystywana bardzo szeroko w teledetekcji do zbierania informacji przestrzennej. Zdjęcia hiperpsektralne różnych obszarów dają informacje o rodzaju skał, charakterystykach gleb, a także rodzaju pokrycia terenu. Dokładna analiza światła odbitego od zbiorowisk roślinnych pozwala na określenie składu gatunkowego czy ogólnej kondycji drzewostanu. Również w meteorologii wykorzystuje się satelitarne obrazy hiperspektralne, które pomagają rozpoznać temperaturę mas powietrza czy skład chemiczny atmosfery. A zatem, mimo tajemniczej nazwy, obrazowanie hiperspektralne ma wbrew pozorom bardzo szerokie zastosowania. 

A mówiąc jeszcze dokładniej… Przy jakich pracach obrazowanie hiperspektralne można z dużym pożytkiem wykorzystać?

Jedną z wielkich zalet tej techniki jest możliwość prowadzenia pomiarów w różnych skalach. A więc możemy obrazować Ziemię z pozycji satelity, analizować pokrycie terenu wybranego obszaru używając np. drona wyposażonego w kamerę, a także rejestrować obrazy hiperspektralne bardzo niewielkich obiektów pod mikroskopem. 

Ten wyjątkowy skaner już jest na uczelni. Co dalej?

Urządzenie, które zainstalowaliśmy właśnie w naszym laboratorium na Uniwersytecie Gdańskim, to bardzo specyficzna konstrukcja przeznaczona do analiz rdzeni osadów geologicznych, czyli na przykład osadów wydobytych z dna morza. 

Jak to działa w praktyce?

Możemy do naszego skanera włożyć fragment rdzenia o długości do 150 cm, następnie cały obiekt jest ze stałą prędkością przesuwany pod kamerą hiperspektralną, która w sposób ciągły rejestruje obraz z bardzo wysoką rozdzielczością. W stosunkowo krótkim czasie uzyskujemy kompletny obraz hiperspektralny całego fragmentu rdzenia. 

Dla lepszego wyobrażenia podam może kilka liczb: skanowanie rdzenia o długości jednego metra zajmuje tylko około jednej godziny, maksymalna rozdzielczość przestrzenna analizy wynosi 40 mikrometrów (kilkaset pomiarów w jednym milimetrze kwadratowym rdzenia!) i uzyskujemy w efekcie plik danych o rozmiarze ok. 30 GB. Dane te muszą zostać poddane odpowiedniej obróbce, aby uzyskać z nich wartości wskaźników świadczących o występowaniu określonych składników w osadzie. Nas najbardziej interesują fotopigmenty zawarte w osadach organicznych, które świadczą o zmianach produktywności w środowisku wodnym lub występowaniu warunków beztlenowych.

Wiadomo już, że planowane są wspólne badania z uniwersytetem w Bernie i zorganizowanie specjalistycznego laboratorium. Jaki jest cel Państwa prac w dalszej perspektywie?

Rzeczywiście, wszystko rozpoczęło się od współpracy z naszymi kolegami z Uniwersytetu w Bernie. Tam zainstalowano kilka lat temu prototyp takiego urządzenia opracowany przez firmę Specim Ltd z Finlandii, na którym mieliśmy okazję wspólnie testować różne możliwości wykorzystania obrazowania hiperspektralnego do analiz osadów jeziornych. Na Wydziale Oceanografii i Geografii UG chcemy rozwijać te możliwości i poszerzyć je o analizy osadów morskich.

Czy z tego laboratorium skorzystają studenci, firmy prywatne?

No cóż, to zależy z jednej strony od projektów badawczych, które uda nam się pozyskać, ale również od tego jak uda nam się połączyć możliwości skanera z jego wykorzystaniem do badań aplikacyjnych. Ponieważ urządzenie jest zainstalowane na uniwersytecie, to z całą pewnością skorzystają z niego również studenci, którzy będą mogli korzystać z jego możliwości w trakcie realizacji swoich prac magisterskich czy doktorskich. 

Czy uda nam się wykorzystać nasz skaner również we współpracy z otoczeniem gospodarczym? Trudno dziś powiedzieć coś konkretnego, jednak z całą pewnością sądzę, że niedestrukcyjne techniki analiz osadów morskich będą w przyszłości odgrywały bardzo ważną rolę nie tylko w nauce, ale również w gospodarce.

Takie unikatowe urządzenie, do tej pory posiada zaledwie kilka laboratoriów na świecie.  

Tego typu skanery hiperspektralne do analiz rdzeni osadów geologicznych dostępne są na rynku zaledwie od kilku lat. I nie są to urządzenia tanie, głównie ze względu na koszt kamer hiperspektralnych o bardzo wysokich parametrach technicznych. A więc rzeczywiście, zgodnie z naszą wiedzą, takie urządzenie jest w tej chwili zainstalowane w zaledwie kilku laboratoriach na świecie. 

Główne zastosowanie, jak do tej pory, to badania typowo geologiczne oraz rekonstrukcje zmian środowiska w przeszłości. Ten drugi kierunek jest szczególnie ważny w naszym laboratorium i ma duże znaczenie w kontekście globalnych zmian środowiska i ich wpływu na nasze życie obecnie i w przyszłości.

Dziękuję za rozmowę.

Na zdjęciu widoczny rdzeń osadów pobranych z jeziora, który właśnie jest skanowany./ Fot. UG