Adquisición, Caracterización y Gestión de imágenes en color
Actividad del Departamento de Metrología del Instituto de Física Aplicada del CSIC
Pamplona 18 de Mayo de 2004
•El Departamento de Metrología del CSIC tiene como objetivo fundamental la Investigación Científica en los campos de la Metrología que le son propios, para obtener nuevos Patrones y Procedimientos de Medida, mejores, más precisos, o más convenientes que los ya existentes.
•Fotometría
•Fibras Ópticas
•Radiometría
•Colorimetría
•Depositario del Patrón Nacional de Fotometría y Laboratorio Asociado al CEM
•Miembro del CCPR del BIPM
•Miembro de EUROMET
Como Laboratorio Nacional tiene la misión de diseminar sus Patrones y dar trazabilidad legal.
La Colorimetría siempre ha sido una línea prioritaria
Investigar errores que se obtienen en las medidas espectrofotométricas y desarrollar metodologías para reducirlos
Aportaciones: polarización, fluorescencia de patrones blancos, ancho de banda, incorrecta exclusión e inclusión de componente especular.
" Good Practice Guide to Surface Colour Measurements "
Proyecto de Investigación coordinado: “Desarrollo de un sistema de medida, con baja incertidumbre, de radiancia espectral de fuentes inhomogéneas, basado en una cámara CCD”
OBJETIVO
Desarrollar procedimientos y técnicas experimentales para el calibrado de cámaras CCD
•Constatación de la posibilidad de realizar medidas de radiación óptica con estos dispositivos.
•Limitación de incertidumbre relacionada con el método de calibración
Antecedentes
Objetivos
• Desarrollar una fuente de radiancia uniforme• Caracterización de la fuente realizada• Caracterización radiométrica de la cámara
• Emisor primario con superficie emisora bien definida geométricamente.
• Ángulo sólido mayor que el ángulo de aceptación de las cámaras.
• Medidas espectrales y rango dinámico.
• Fuente uniforme y Lambertiana.
Condiciones
Solución:
Esfera integradora iluminada externamente con radiación láser sintonizable
Láser Ar de bombeo
Medidor de
Láser de colorante
CCD
Carril
Esfera integradora
Controlador de potencia del láser
Lente
Difusor
Divisor de haz
Objetivos
• Desarrollar una fuente de radiancia uniforme• Caracterización de la fuente realizada• Caracterización radiométrica de la cámara
Para utilizar una cámara CCD como instrumento de medida, hay que reducir el ruido
•Ruido Temporal
•Ruido dependiente de la señal (“shot”)
•Ruido independiente de la señal
•Ruido espacial (variación aleatoria de pixel a pixel)
•FPN (independiente de la señal)
•PRNU
•Ruido de cuantización
Tipos de ruido
Tipos de ruido
0 1000 2000 3000 4000
1
10
100 Ruido total Ruido "floor" Ruido PRNU Ruido "shot"
Rui
do (
cuen
tas
rms)
Respuesta (cuentas)
Ruido: Técnicas de reducción
•Temporal Promediado temporal de la respuesta
• Espacial Respuesta determinista, puede ser corregida mediante un algoritmo de no uniformidad (NUC)
•Cuantización No se puede eliminar
Resultados después de la reducción
500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 40000.1
1
10
100
Ruido Inicial Ruido tras promediado temporal Ruido tras promediado y NUC Ruido de cuantización
Ru
ido
(cu
en
tas
rms)
Respuesta (cuentas)
Al 90% del nivel de saturación, incertidumbre de 0,02%
0,0048
0,005
0,0052
0,00540,0056
0,0058
0,006
0,0062
570 590 610 630 650
longitud de onda (nm)
U
Teoría
experimento 1experimento 2
experimento 3
Dependencia de ruido espacial con
Equivalencia tiempo de integración-irradiancia
Las cámaras CCD responden a la exposición radiante en lugar del flujo. Necesidad de establecer relación.
¿equivalencia tiempo de integración-irradiancia?
mediospuestapro
iPixelspuestaRi Re
Re
2 4 6 8 100,88
0,90
0,92
0,94
0,96
0,98
1,00
Pixel (444,444) Pixel (44,44) Pixel (333,1)
Un
itar
y re
spo
nsi
vity
Integration time (ms)
Futuro
Análisis espectral de fuentes inhomogéneas tanto primarias como secundarias. Medidas del color de objetos sin restricciones de uniformidad.
Requiere cámara calibrada con sistema de análisis espectral: incorporación de filtros espectrales basados en cristal líquido.
Posibilidad de realizar medidas espectrales y espaciales al mismo tiempo. Espectrofotómetro 2D; gestión del color.