Detección de eventos rápidos con una cámara IR de bajo coste
- Autores: José Piñeiro Ave
- Directores de la Tesis: Manuel Blanco Velasco (dir. tes.), Antonio Artés Rodríguez (codir. tes.)
- Lectura: En la Universidad de Alcalá ( España ) en 2014
- Idioma: español
- Tribunal Calificador de la Tesis: Fernando Cruz Roldán (presid.), Pedro Amo López (secret.), José Miguel Leiva Murillo (voc.), Ángel María Bravo Santos (voc.), Germán Vergara Ogando (voc.)
- Materias:
- Enlaces
- Resumen
- español
El trabajo realizado en esta tesis doctoral culmina la labor iniciada en el Centro de Investigación y Desarrollo de la Armada (CIDA) para diseñar un prototipo de cámara infrarroja de bajo coste basada en una matriz de plano focal (FPA) de 16x16 detectores de seleniuro de plomo (PbSe) sin refrigeración. El propósito de esta cámara fue demostrar la viabilidad tecnológica de la detección de blancos móviles en una secuencia de vídeo infrarrojo obtenida con una electrónica de bajo coste en la cual se prescinde del modulador mecánico de la radiación incidente así como de los sistemas de refrigeración y de control de la temperatura. La supresión de estos elementos conlleva una serie de retos tecnológicos que es necesario resolver.
El primer problema que hay que abordar es el diseño de un esquema electrónico para extraer la señal generada por la radiación del blanco, con una amplitud mucho menor que la componente continua debida a la corriente de oscuridad del detector. Otro factor que dificulta la extracción fiable de la señal es la variación temporal de la radiación de la escena, que se manifiesta como una componente de baja frecuencia. Asimismo, la inestabilidad térmica de los detectores se traduce en oscilaciones lentas de gran amplitud. El ruido térmico es otra fuente de distorsión que limita la sensibilidad de la técnica de detección, con un nivel elevado debido al gran ancho de banda de una electrónica acoplada en continua.
Con todos estos elementos, se aborda el problema de la detección de una señal de corta duración y de baja amplitud debida al blanco, que está corrompida por un alto nivel de ruido y una deriva lenta con un gran margen dinámico. En esta tesis se propone una técnica basada en la Descomposición en Modos Empírica (EMD). Para la evaluación de los métodos propuestos, se ha realizado un estudio comparativo con otras técnicas de detección, utilizando señales sintéticas y reales, comprobándose que dicho método ofrece mejores prestaciones.
Por lo tanto, el trabajo desarrollado en esta tesis supone una contribución en las siguientes áreas:
1. El diseño de una cámara IR de bajo coste para la extracción de la señal de una FPA de detectores de PbSe.
2. La detección de blancos rápidos con baja relación señal a ruido, que se aborda mediante la propuesta de una técnica basada en el método EMD.
- English
The work developed in this thesis culminates the task undertaken at the Center for Research and Development of the Navy to design a prototype of a low cost infrared camera based on a focal plane array (FPA) of 16 × 16 uncooled lead selenide (PbSe) detectors. The purpose of this camera was to demonstrate the technological feasibility of the detection of moving targets in an infrared video sequence obtained with a low cost electronics which eliminates the mechanical modulator of the incident radiation as well as the cooling and temperature control systems. The removal of these elements involves a series of technological challenges that must be tackled.
The first problem to be addressed is the design of an electronic scheme to extract the signal from the radiation of the target with a much lower amplitude than the DC component due to the dark current of the detector. Another factor that hinders the reliable extraction of the IR signal is the temporal variation of the radiation from the background, which results in a low frequency component. Furthermore, the thermal instability of the detectors appears as slow oscillations with high amplitude. The thermal noise is another source of distortion which limits the sensitivity of the detection technique with a high level due to the large bandwidth of a DC coupled electronics.
This work addresses the problem of detecting a short-time and low-amplitude signal corresponding to the target, which is corrupted by a high level noise and a slow drift with a large dynamic range. For this purpose, a novel technique based on the Empirical Mode Decomposition (EMD) is proposed. The evaluation is carried out through a comparative study against other target detection techniques, using both synthetic and real signals.
The results obtained by the new method show better performance than traditional approaches.
In summary, the work accomplished in this thesis arises novel contributions in the following areas:
1. The design of a low cost IR camera to extract the signal of a FPA of PbSe detectors.
2. The detection of fast targets with very low signal to noise ratio, which is addressed by the proposed technique based on the EMD method.
- español
