Desarrollo de algoritmia para la identificación automática de espectros Raman de la misión ExoMars

Abstract

Este trabajo se ha desarrollado en el marco de desarrollo del instrumento RLS, el espectrómetro Raman incluido en el rover Rosalind Franklin que la ESA lanzará a Marte en 2022 en la misión ExoMars. El objetivo principal del trabajo es el desarrollo de algoritmos y rutinas para el análisis automatizado de espectros Raman que permitan la identificación de las fases minerales presentes en dichos espectros. Este trabajo se enmarca en el desarrollo del software IDAT/SpectPro que, como ya se ha descrito, es una herramienta software desarrollada por la Universidad de Valladolid y que será utilizada durante la fase de operación del instrumento RLS en Marte para el análisis automatizado de los datos obtenidos de muestras marcianas. Las rutinas que se proponen facilitarán la tarea de interpretación de los espectros, cruzando los datos obtenidos contra una base de datos espectrales desarrollada ad-hoc para la misión. Para ello, el trabajo se ha dividido en dos tareas. 1- Por un lado, el alumno ha de familiarizarse con el tratamiento y procesamiento de espectros Raman. En base a espectros ya adquiridos, se pretende procesar un número suficiente de espectros de materiales y mezclas de materiales diferentes que permitan realizar una caracterización adecuada de las rutinas desarrolladas. De esta forma, se obtendrán capacidades de procesamiento y análisis de espectroscopia Raman, desde el tratamiento de la línea de base, detección de picos o ajustes de bandas sobre los espectros procesados. 2- Por otro lado, el alumno desarrollará una serie de algoritmos de identificación en base a parámetros espectrales (posición y altura de picos) que habrán sido previamente obtenidos mediante el análisis con SpectPro definido en el objetivo 1. Finalmente, se testeará y parametrizará el algoritmo desarrollado utilizando los espectros procesados de minerales puros y mezclas obtenidos en el laboratorio. Esto permitirá obtener una rutina de identificación optimizada para un conjunto heterogéneo de espectros.

This work has been developed within the framework of the development of the RLS instrument, the Raman spectrometer included in the Rosalind Frankiln rover that ESA will launch to Mars in 2022 on the ExoMars mission. The main objective of the work is the development of algorithms and routines for the automated analysis of Raman spectra that allow the identification of the mineral phases present in these spectra. This work is part of the development of the IDAT/SpectPro software which is a software tool developed by the University of Valladolid that will be used during the operation phase of the RLS instrument on Mars for on-ground automated analysis of data obtained from Martian samples. The proposed routines will facilitate the task of interpreting the spectra, crossing the data obtained against a spectral database developed ad-hoc for the mission. To do this, the work has been divided into two tasks: 1. On one hand, the student must become familiar with the treatment and processing of Raman spectra. Based on already acquired spectra, it is intended to process a sufficient number of spectra of materials and mixtures of different materials that allow to perform an adequate characterization of the developed routines. In this way, the student will gain capabilities on the processing and analysis of Raman spectroscopy data, from baseline treatment, peak detection or band adjustments on processed spectra. 2. On the other hand, the student will develop a series of identification algorithms based on spectral parameters (position and height of peaks) that will help identify the material son a determined spectrum by comparing with the spectral database, providing the best-estimate results. Finally, the developed algorithm will be tested and parameterized by using the processed spectra of pure minerals and mixtures obtained in the laboratory. This will allow for an optimized identification routine for an heterogeneous set of spectra.