“¿Cómo detecto el color blanco y negro con sensores infrarrojos y LED ?”
Los sensores infrarrojos (IR) no detectan el color: detectan la energía térmica emitida por las superficies de los objetos, generalmente en longitudes de onda largas del espectro electromagnético (EM), longitudes de onda a las que el ojo humano no es sensible o es ciego.
Teniendo esto en cuenta, los objetos oscuros o negros, como los neumáticos de los automóviles o el asfalto, absorben más energía EM de fuentes como el sol de la que reflejan, por lo que se muestran como blancos al calor de los materiales detectores de IR; mientras que los colores más claros y los blancos reflejan más energía, de modo que los objetos como los adornos cromados en los automóviles reflejan el calor secundario o la falta de calor (frío) de fuentes como el cielo (generalmente temperatura fría desde el espacio), por lo que estos objetos parecen negros a los sensores IR. El hot-black / white hot puede reasignarse / intercambiarse en la electrónica de procesamiento y mostrarse según las preferencias del usuario.
La Figura 1 muestra un diagrama de bloques en bruto del flujo de señal que convierte la energía IR en un monitor con pantalla LED. Para simplificar el procesamiento y evitar el procesamiento del color, asumiremos un mapeo en escala de grises del convertidor analógico a digital (ADC) para mostrar dónde el negro es frío y el blanco es caliente. La energía IR a alguna longitud de onda, [math] \ lambda [/ math] es detectada por una gran variedad de detectores, un dispositivo acoplado cargado (CCD) donde la energía fotónica se convierte en corriente, amplificada y convertida en voltajes, multiplexada en una corriente y digitalizado en (digamos) m-bits, un rango dinámico instantáneo arbitrariamente grande. En última instancia, los m bits y cualquier característica de eficiencia de ráfaga en el tiempo del proceso de multiplexación electrónica frontal se mapean a 8 bits, así como el tiempo para la visualización, porque el ojo humano no puede distinguir más de aproximadamente 5 bits de escala de grises. Además, dado que los convertidores digitales a analógicos (DAC) típicos son dispositivos de 8 o 10 bits, asignamos nuestro rango dinámico final a lo que esos circuitos integrados pueden proporcionar.
Problemas a resolver: nivelar y obtener no uniformidades.
Surge un problema de falta de uniformidad con los elementos detectores de la matriz CCD que debe resolverse. Además, al hacerlo, el flujo del sensor de entrada de m bits también se puede asignar al flujo de visualización de salida de 8 bits. Los detectores CCD exhiben tanto niveles como ganancias no uniformes debido a las impurezas del material del detector creadas durante el proceso de fabricación. Teóricamente, si todos los detectores están expuestos a la misma fuente de temperatura fotónica del cuerpo negro, todos deberían responder con la misma corriente, pero en la práctica no lo hacen; esto constituye un nivel de no uniformidad para el que debemos corregir. En segundo lugar, a medida que cambia la temperatura de la fuente del cuerpo negro (por ejemplo, elevada), todos los elementos del detector deben responder con la misma corriente (más alta), pero de nuevo, no responden, ni responden de la misma manera que en el anterior (u otro) temperaturas del cuerpo negro: esto constituye una falta de uniformidad de ganancia para la cual también debemos corregir.
Calibre las no uniformidades como un efecto de primer orden.
En la Figura 2 , todos los elementos detectores de un CCD están expuestos a una temperatura de fuente de cuerpo negro uniforme. (Para abreviar, solo se muestran 4 detectores que usan puntos de colores para representar sus valores de ADC). Invariablemente, los detectores producen diferentes valores de ADC, niveles, que la electrónica de procesamiento de imágenes almacena, promedia y proporciona diferencia para llevar todos los niveles de detectores al promedio, [matemática] L_ {Ave} [/ math].
En la Figura 3, después de aplicar la corrección de nivel para la temperatura más baja del cuerpo negro, se eleva la temperatura de la fuente del cuerpo negro. Nuevamente, la electrónica mide el valor ADC de todos los elementos del detector a la temperatura más alta, los almacena, encuentra un promedio, [matemática] H_ {Ave} [/ matemática], y ahora puede encontrar una ganancia promedio, [matemática] H_ {Ave } – L_ {Ave} [/ math] y valores de ganancia de unidad para cada elemento del detector para que coincida con una ganancia promedio. Existe una compensación de nivel a partir de la corrección de ganancia, por lo que se aplica una temperatura final de cuerpo negro medio para llevar esencialmente todos los detectores al mismo valor [matemático] L_ {Ave} [/ matemático].
mapeo de m-bit a 8-bit.
Ahora que los elementos del detector CCD han sido ecualizados por la electrónica de procesamiento de imágenes, una técnica adaptativa recopila información estadística de la escena para mapear m bits a 8 bits. La Figura 4 muestra un histograma del rango dinámico de entrada de [matemática] 0 [/ matemática] a [matemática] 2 ^ {m} – 1 [/ matemática] y el número de ocurrencias para intensidades de píxeles en algún rango dinámico Mín a Máx, y a histograma de salida a escala con rango dinámico [matemática] 0 [/ matemática] a [matemática] 2 ^ 8 – 1 [/ matemática]. En este punto de la cadena de procesamiento, se puede aplicar algún tipo de función de distribución acumulativa, basada en el histograma de entrada, a la secuencia de video de m-bit directo a través de una tabla de búsqueda calculada para producir una secuencia de salida de 8 bits que se convierte por DAC a los voltajes especificados por el estándar de video para monitor de pantalla (matriz de LED o lo que sea).
Resumen
Las temperaturas IR bajas en cualquier flujo se definen aquí como valores digitales ADC bajos y aparecen como píxeles oscuros o negros en la pantalla, mientras que las temperaturas altas producen valores digitales ADC altos y se muestran como píxeles más brillantes o blancos en la pantalla. Nuevamente, esto puede invertirse de modo que las temperaturas de IR frío se muestren como IR blanco y caliente como valores de píxeles negros.
