La contaminación por plásticos representa un desafío ambiental global con profundos impactos ecológicos y sociales. La acumulación de residuos plásticos en entornos marinos amenaza la biodiversidad, pone en peligro los ecosistemas y supone una amenaza para la cadena alimentaria global. Los métodos actuales para la detección de desechos poliméricos están limitados por su sensibilidad. La imagen hiperespectral (HSI), combinada con la polarimetría, ofrece un enfoque prometedor, no invasivo y de teledetección para detectar, clasificar y cuantificar residuos plásticos en ambientes acuáticos. Este Trabajo de Fin de Grado presenta el diseño, desarrollo y caracterización de un sistema de imagen creado para operar en condiciones de entorno exterior. El objetivo es capturar cubos espectrales polarimétricos, compuestos por doce bandas espectrales (430, 490, 550, 630, 700, 750, 930, 1000, 1200, 1300, 1570, 1650 nm) y cuatro polarizaciones lineales (vertical: V, horizontal: H, diagonal: +45º, antidiagonal: -45º). La selección de estas bandas espectrales, que cubren los dominios visible, infrarrojo cercano y de onda corta, se determinó a partir de las propiedades de absorción y reflexión reportadas en la literatura sobre plásticos. Se realizaron diferentes campañas experimentales para evaluar las capacidades del sistema en escenarios reales. En primer lugar, un estudio sobre la diferenciación de plásticos en seco, donde se demostró una mejora en la capacidad de diferenciación mediante el análisis de la reflectancia absoluta asociada al grado de polarización lineal (DoLP), en comparación tanto con la reflectancia relativa como con la absoluta de intensidad. En segundo lugar, se aplicaron diferentes métodos de desmezcla espectral para localizar la presencia de plásticos específicos, siendo el Análisis de Componentes por Vértices (VCA) el que mostró los resultados más prometedores. Finalmente, se llevó a cabo una campaña de diferenciación de plásticos sumergidos, en la que se observó la pérdida de capacidad de diferenciación dependiente de la longitud de onda y se analizó el efecto de la polarimetría. En conjunto, este trabajo demuestra las ventajas y la viabilidad de combinar la imagen hiperespectral con el análisis polarimétrico mediante sensado pasivo para abordar problemas de detectabilidad y diferenciación de materiales, en particular de polímeros. Los resultados allanan el camino hacia un estudio más refinado de la contaminación plástica en entornos marinos reales, contribuyendo a un monitoreo más eficaz y al desarrollo de estrategias para mitigar la contaminación por plásticos en el medio ambiente. Además, el sistema de imagen desarrollado puede aplicarse al estudio de múltiples fenómenos en los que las firmas espectrales y polarimétricas puedan aportar información de valor.

La contaminació per plàstics constitueix un repte ambiental global amb profunds impactes ecològics i socials. L’acumulació de residus plàstics en entorns marins amena¸ca la biodiversitat, posa en risc els ecosistemes i suposa una amena¸ca per a la cadena alimentària mundial. Els mètodes actuals per a la detecció de deixalles polimèriques estan limitats per la seva sensibilitat. La imatge hiperespectral (HSI), combinada amb la polarimetria, ofereix un enfocament prometedor, no invasiu i de teledetecció per detectar, classificar i quantificar residus plàstics en ambients aquàtics. Aquest Treball de Fi de Grau presenta el disseny, desenvolupament i caracterització d’un sistema d’imatge creat per operar en condicions d’entorn exterior. L’objectiu és capturar cubs espectrals polarimètrics, formats per dotze bandes espectrals (430, 490, 550, 630, 700, 750, 930, 1000, 1200, 1300, 1570, 1650 nm) i quatre polaritzacions lineals (vertical: V, horitzontal: H, diagonal: +45º, antidiagonal: -45º). La selecció d’aquestes bandes espectrals, que cobreixen els dominis visible, infraroig proper i d’ona curta, es va determinar a partir de les propietats d’absorció i reflexió descrites a la literatura sobre plàstics. Es van dur a terme diferents campanyes experimentals per avaluar les capacitats del sistema en escenaris reals. En primer lloc, un estudi sobre la diferenciació de plàstics en sec, on es va demostrar una millora en la capacitat de diferenciació mitjan¸cant l’anàlisi de la reflectància absoluta associada al grau de polarització lineal (DoLP), en comparació tant amb la reflectància relativa com amb la reflectància absoluta d’intensitat. En segon lloc, es van aplicar diferents mètodes de desbarreja espectral per localitzar la presència de plàstics específics, sent l’Anàlisi de Components per Vèrtexs (VCA) el que va mostrar els resultats més prometedors. Finalment, es va realitzar una campanya de diferenciació de plàstics submergits, on es va observar la pèrdua de capacitat de diferenciació depenent de la longitud d’ona i es va estudiar l’efecte de la polarimetria. En conjunt, aquest treball demostra els avantatges i la viabilitat de combinar la imatge hiperespectral amb l’anàlisi polarimètric mitjan¸cant sensat passiu per abordar problemes de detectabilitat i diferenciació de materials, en particular de polímers. Els resultats obren el camí cap a un estudi més refinat de la contaminació plàstica en entorns marins reals, contribuint a un monitoratge més efica¸c i al desenvolupament d’estratègies per mitigar la contaminació per plàstics en el medi ambient. A més, el sistema d’imatge desenvolupat pot aplicar-se a l’estudi de múltiples fenòmens on les signatures espectrals i polarimètriques puguin aportar informació valuosa.

Plastic pollution poses a global environmental challenge with profound ecological and societal impacts. Accumulation of plastic debris in marine environments threatens diversity, endangering ecosystems and posing a threat to global food chain. State of the art methods for detecting polymeric waste are limited by sensitivity. Hyperspectral imaging (HSI) combined with polarimetry offers a promising non-invasive, remote sensing approach for detecting, classifying, and quantifying plastic waste in aquatic environments. This Final Degree Thesis presents the design, development and characterization of an imaging system created to operate under external environment conditions. The aim is to capture polarimetric spectral cubes, composed of twelve spectral bands (430, 490, 550, 630, 700, 750, 930, 1000, 1200, 1300, 1570, 1650 nm) and four linear polarizations (vertical: V, horizontal: H, diagonal: +45º, antidiagonal: -45º). The selection of these spectral bands, which cover visible, near-infrared and short-wave infrared domains, was determined by absorption and reflection features found on plastic features’ literature. Different experimental campaigns have been carried out to test the real world capabilities of the system. First, a study of dry plastic differentiability; where it was proven that there is an enhancement on the differentiability capacity of plastics through the study of absolute reflectance associated to the degree of linear polarization (DoLP) in comparison to both relative and absolute intensity reflectance. Secondly, application of different spectral unmixing methods were used to find where specific plastics are found. Vertex Component Analysis shows the most promising results. Finally, a submerged plastic differentiabilty campaing is done, where we observe the wavelength dependent loss of differentiability, and study the effect of polarimetry. Overall, this work demonstrates the advantages and feasibility of combining hyperspectral imaging with polarimetric analysis through passive sensing for addressing detectability and differentiability issues between materials, specifically on polymers. The results pave the way to more refined plastic pollution on real marine environments, contributing to more effective monitoring and in the development of strategies to mitigate plastic pollution on the environment. Moreover, this imager can be used to study multiple phenomena, where spectral and polarimetric signatures may provide valuable information.