¿Qué es el análisis hiperespectral y para qué utilizarlo?

El análisis de imágenes hiperespectrales es un subconjunto del análisis espectral. Esta técnica permite examinar las propiedades de los objetos mediante la obtención de sus características espectrales. Dichas características constituyen un espectro de la señal reflejada, cuya intensidad depende de las propiedades químicas y físicas del objeto. Una manzana fresca tiene características espectrales diferentes a las de una manzana podrida. Lo mismo ocurre con las tintas en los documentos, aunque puedan parecer idénticas a simple vista.

El análisis hiperespectral implica el uso de sistemas especializados de imágenes hiperespectrales (HSI) capaces de recopilar información espectral. Estos sistemas capturan un objeto, procesan la información sobre la longitud de onda de la luz dentro de una imagen y generan las características espectrales — firmas espectrales únicas — para cada píxel.

Una cámara fotográfica convencional opera con tres bandas: rojo, verde y azul dentro del rango de la luz visible (400–700 nm). Con una cámara hiperespectral, es posible capturar un objeto en todo el espectro electromagnético: por ejemplo, en los rangos ultravioleta (UV), visible (VIS), infrarrojo cercano (NIR), infrarrojo medio (MIR) e infrarrojo térmico.

El rango de longitudes de onda de la mayoría de las soluciones utilizadas para la obtención de imágenes hiperespectrales se extiende desde el espectro de la luz visible hasta el espectro NIR (700–1.000 nm). Sin embargo, el rango del espectro electromagnético que un sistema o dispositivo específico puede manejar depende de su propósito. Por ejemplo, los dispositivos hiperespectrales utilizados en la industria farmacéutica pueden adentrarse más en el NIR (1.000–2.400 nm), los dispositivos utilizados en el ámbito forense trabajan en el rango de UV a NIR (254–1.000 nm), y las técnicas de diagnóstico médico pueden emplear el espectro MIR (2.500–25.000 nm).

Cuando se capturan los datos, el sistema los procesa para generar una representación codificada por colores de la información espectral, lo que proporciona información sobre las propiedades químicas y físicas del objeto dentro de la imagen.

En general, el análisis de imágenes hiperespectrales admite una amplia gama de aplicaciones, incluidas las áreas de diagnóstico médico, evaluación de la calidad de los alimentos y monitoreo ambiental. Si nos centramos en la ciencia forense, existen dos áreas principales de aplicación del análisis hiperespectral:

• Investigación de la escena del crimen (por ejemplo, examen de manchas de sangre, huellas dactilares, pinturas, etc.).

• Detección de falsificaciones (por ejemplo, comparación de diferentes tintas utilizadas para la impresión y la escritura).

A continuación, ilustraremos el método en relación con el examen de documentos y la detección de falsificaciones.

El fraude documental suele producirse mediante el uso indebido de documentos en blanco o la alteración de documentos oficiales. El análisis hiperespectral permite a un experto descomponer los colores y las tintas utilizadas en un documento hasta el nivel de píxel y examinar sus propiedades ópticas físicas. Dicho examen permite descubrir si se realizaron alteraciones en el contenido original o comparar las características de un documento cuestionado con uno auténtico.

La idea detrás del proceso es que diferentes tintas se comportan de manera distinta bajo diversas fuentes de luz.

Supongamos que existe un cheque personal escrito con un bolígrafo azul y que luego alguien añade un cero adicional, también con un bolígrafo azul. A primera vista, este cheque puede parecer completamente normal. La diferencia entre el número real y el añadido es demasiado pequeña para notarse con luz blanca o incluso con las luces UV e IR utilizadas tradicionalmente para este tipo de verificación. Sin embargo, mediante el análisis hiperespectral, un experto detectará diferentes intensidades de la señal reflejada debido a las distintas propiedades de las tintas utilizadas.

El resultado del análisis hiperespectral se presenta de forma visual: existen fotografías reales del objeto tomadas bajo diferentes fuentes de luz, por lo que cualquier indicio de falsificación u otra irregularidad será evidente.

Para aplicar el análisis hiperespectral, los departamentos de policía utilizan comparadores espectrales de video como el Regula 4308. Estos dispositivos están equipados con cámaras de alta resolución, lentes con zoom, numerosas fuentes de luz (desde UV hasta IR) y una variedad de filtros de visualización. También incluyen software de análisis de imágenes hiperespectrales.

El procedimiento es el siguiente:

1. Se coloca un objeto cuestionado en el comparador. Puede ser cualquier documento: una identificación, un estado de cuenta bancario, un recibo o un pagaré manuscrito. 

2. Un experto define el rango de longitud de onda necesario para el examen y establece el paso con el que se desplazará. Si se establece el paso en 1 nm, la cámara tomará una imagen cada 1 nm: a 395 nm, 396 nm, etc. 

3. El objeto se ilumina con diferentes iluminadores de banda estrecha, de modo que el experto puede ver en tiempo real cómo se comportan las tintas bajo determinadas longitudes de onda.

4. La cámara registra la señal reflejada. Cuando el dispositivo ha tomado todas las imágenes, recopila todos los datos en un archivo con una extensión de análisis de datos hiperespectrales.

5. El experto examina las imágenes y crea gráficos para presentar visualmente los resultados.

En el quinto paso, se lleva a cabo el análisis y la interpretación propiamente dichos. El experto selecciona las áreas del documento que le interesan — registros manuscritos, texto impreso, imágenes, sellos, etc. — y crea gráficos para ellas. Estos gráficos muestran el porcentaje de la señal reflejada en una longitud de onda específica. Por ejemplo, usted puede crear un gráfico para cada dígito de un “1.000” manuscrito y compararlos. En el ejemplo anterior, el último cero difiere en sus características de los demás, por lo que se puede concluir que fue añadido: cien se convirtió en mil.

El análisis hiperespectral es invaluable para una amplia gama de aplicaciones en la ciencia forense. A continuación, se presentan sólo algunos ejemplos de cómo puede utilizarse para la detección de falsificaciones:

• Identificación de una única fuente de monedas falsificadas para que los agentes de campo decidan si deben buscar una sola fábrica de dinero falso o varias.

• Examinación de registros manuscritos e impresos en busca de alteraciones para determinar si se han modificado datos como la fecha de un testamento, la fecha de nacimiento en una identificación, la fecha de vencimiento de un documento, etc.

• Identificación del contenido original en los elementos alterados (fecha original, monto de dinero, etc.).

• Recuperación del contenido de registros manchados, tachados o cubiertos.

• Determinación de la antigüedad de un documento mediante el examen de diversos detalles, como impresiones de sellos, tintas en la firma, marcas dejadas por la impresora, etc., y su comparación con documentos del mismo período conservados en archivos.

• Investigación y elaboración de estándares para uso interno. Dado que existen estándares para la protección de documentos, las tintas utilizadas en documentos y billetes deben comportarse siempre de la misma manera.

La principal ventaja del análisis hiperespectral es que el proceso de obtención de imágenes es rápido y no requiere preparar el objeto que se va a examinar de ninguna manera. Todo lo que usted necesita hacer es colocar el objeto, hacer clic en “Iniciar”, esperar un par de minutos (dependiendo del rango de examen seleccionado y del tamaño del paso) y el archivo de examen estará listo.

Con el archivo de análisis hiperespectral, ya no es necesario tener el objeto físico a mano, por lo que puede enviarlo para un examen adicional o devolverlo a su propietario. Esto resulta invaluable en los casos en que un objeto se somete a una serie de pruebas, por ejemplo, una para detectar alteraciones y otra para el análisis de escritura.

Otro beneficio de la técnica es que se trata de un método no destructivo para obtener información valiosa. El análisis hiperespectral minimiza el riesgo de destruir rastros del delito o el propio objeto, como en el caso de obras de arte sensibles a cualquier manipulación que implique productos químicos o alteraciones físicas.

Desde un punto de vista técnico, prácticamente no existen desventajas. Sin embargo, como cualquier herramienta basada en la ciencia, el análisis hiperespectral tiene ciertas limitaciones y consideraciones que deben tenerse en cuenta. En el caso del análisis hiperespectral, se trata de la interpretación de los resultados.

Si bien un módulo HSI funciona de manera excelente y permite obtener rápidamente un amplio conjunto de datos para la investigación, la interpretación de los resultados sigue dependiendo del experto. El dispositivo genera gráficos cuyas formas permiten al experto concluir si se utilizaron tintas idénticas o no. No obstante, existen algunas sutilezas.

Por ejemplo, pueden presentarse diferencias en el porcentaje de las señales reflejadas. En el caso del texto impreso, esto puede ocurrir debido a la falta de uniformidad de las tintas en los trazos. En la escritura manuscrita, esto puede ser aún más significativo. Los bolígrafos (a diferencia de los bolígrafos de gel y las plumas estilográficas, que generan trazos uniformes) suelen distribuir la tinta de manera irregular. También pueden existir áreas sin tinta, dependiendo del movimiento de la mano. Todo esto afecta la intensidad de la señal reflejada, por lo que, en última instancia, se requiere un analista forense experimentado para emitir una conclusión competente.

El análisis de imágenes hiperespectrales es una técnica potente de nivel experto para la detección de falsificaciones de documentos. A medida que las falsificaciones se vuelven más sofisticadas, es fundamental que los analistas forenses dispongan de la mayor cantidad posible de herramientas en su conjunto de trabajo. El análisis hiperespectral le permite respaldar suposiciones con hechos, apoyando así la conclusión final.

En Regula, contamos con una sólida experiencia en la aplicación del análisis hiperespectral, así como en ayudar a las agencias de seguridad nacional a utilizar eficazmente esta técnica para la detección de falsificaciones. Recientemente, nuestro módulo de análisis hiperespectral recibió comentarios positivos de la Fiscalía General de la Nación de Colombia, la institución más autorizada en materia de examen forense en el país. No dude en ponerse en contacto con nosotros si tiene alguna pregunta sobre el método.