Fuentes de luz de esfera de integración uniformes para pruebas de alto rango dinámico y calibración de dispositivos con imágenes y sin imágenes
Para medir la sensibilidad, la linealidad y la falta de uniformidad de los sensores de imágenes, se requiere una configuración de prueba con una fuente de luz de referencia que irradie homogéneamente la muestra de prueba. La integración de fuentes de luz esféricas con espectros de emisión cuasi monocromáticos se puede utilizar para calificar sensores y sistemas de cámara en escala de grises y color. Sin embargo, para la caracterización de sensores y sistemas de imágenes requeridos para tareas de medición fotométrica y espectrorradiométrica más exigentes, se necesitan fuentes de luz con un espectro de emisión continuo. El iluminante estándar para tales aplicaciones es la lámpara halógena de cuarzo.
La única fuente de luz adecuada con un espectro de emisión continuo de banda ancha desde el ultravioleta hasta el infrarrojo es la lámpara de cuarzo-halógeno. Su curva de emisión espectral se acerca mucho a la de un cuerpo negro en el rango de longitud de onda de 250 nm a 2500 nm. Por lo tanto, la temperatura de color de una lámpara de cuarzo-halógeno es aproximadamente la temperatura de funcionamiento del filamento de la lámpara.
Las lámparas halógenas de cuarzo se utilizan como patrones de calibración para la radiación espectral y el flujo radiante espectral. Para su uso como lámpara de calibración para radiación espectral, las lámparas halógenas de cuarzo se pueden combinar con una esfera integradora. Estas fuentes de luz de esfera integradora proporcionan un campo luminoso muy uniforme con una distribución lambertiana casi perfecta [1].
Para dimensionar la esfera integradora, la regla general es que el área total de todas las aberturas en una fuente de luz de esfera integradora (requerida para el campo iluminado, las fuentes y cualquier detector de monitor) no debe exceder el 5 % de la superficie total de la esfera para asegurar una distribución uniforme de la luz en la esfera. La uniformidad de la distribución de la luz dentro de la esfera integradora también depende del recubrimiento adecuado y, lo que es más importante, del diseño de los deflectores internos que se requieren para evitar caminos ópticos directos entre la(s) fuente(s) de luz y el campo de luz en el puerto de salida de la esfera.
El nivel de radiación espectral del campo iluminado depende de varios parámetros:
Diámetro de la esfera de integración y tamaño de los puertos (cuanto mayor sea el diámetro de la esfera y el área del puerto, mayor será la atenuación).
Reflectancia del revestimiento de la esfera integradora (cuanto mayor sea la reflectancia, mayor será el rendimiento de la luz). Debe tenerse en cuenta la reflectancia específica de la longitud de onda.
- Tamaño y diseño de los deflectores internos.
- El flujo radiante dentro de la esfera integradora:
- El flujo radiante de las lámparas halógenas de cuarzo depende de la potencia de la lámpara
- El flujo radiante de las lámparas halógenas de cuarzo aumenta con su temperatura de color
- El flujo radiante completo de la lámpara halógena de cuarzo solo se puede acoplar a la esfera integradora si la lámpara está dispuesta dentro de la esfera.
- La linealidad de los sensores de imagen se mide al iluminarlos con diferentes intensidades. Un requisito previo importante para la medición de la linealidad es que el espectro de emisión y la uniformidad espacial de la fuente de luz de referencia no deben cambiar cuando se varía la intensidad.
Para integrar fuentes de luz esféricas con arreglos de lámparas internas, solo se puede lograr un cambio en la intensidad encendiendo y apagando la lámpara. Esto se debe a que cualquier cambio en la potencia eléctrica de la lámpara provoca un cambio en la temperatura de color y, por lo tanto, es inadmisible. Para el ajuste de intensidad variable, la lámpara halógena de cuarzo se puede colocar fuera de la esfera. De esta manera, el flujo radiante que ingresa a la esfera puede controlarse mediante una apertura variable. Es muy importante que cualquier iris mecánico esté iluminado uniformemente por la lámpara de cuarzo-halógeno para garantizar un ajuste de intensidad de temperatura de color neutral. Para este propósito, el uso de reflectores con una superficie difusa ha demostrado su eficacia.
La posibilidad de utilizar filtros de corrección óptica frente a una lámpara halógena de cuarzo montada externamente está limitada debido al nivel muy alto de radiación infrarroja (calor) emitida por la lámpara. Solo se pueden utilizar filtros con muy baja absorción de infrarrojos.
Para medir la sensibilidad de los sensores y cámaras de imágenes, la intensidad del área luminosa se puede calibrar en unidades de radiación espectral (W. sr-1.m-2.nm-1) y luminancia (cd/m2). Se puede proporcionar en diferentes niveles de intensidad. Además, existe la posibilidad de incorporar un detector de monitor en el diseño de la esfera que coincida con la radiación/luminancia de salida de la esfera.
Gigahertz-Optik GmbH fabrica fuentes de luz de esfera integradora que varían en diámetro de esfera de 50 mm a 1000 mm. Los modelos estándar ISS-17-VA y ISS-30-VA, por ejemplo, son populares para calibrar la uniformidad y la radiación espectral de espectrorradiómetros, sensores multiespectrales e hiperespectrales, etc. Además, el concepto de esfera modular de Gigahertz-Optik GmbH está diseñado para configurar fuentes de luz de esfera integradora específicas de la aplicación.
Referencias