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.