Metodología para estimar la propiedad de color de superficies reflectivas planas usando fuentes hiperespectrales

• Autores: Juan Sebastián Botero Valencia
• Directores de la Tesis: Jesús Francisco Vargas Bonilla (dir. tes.), Francisco Eugenio López Giraldo (dir. tes.)
• Lectura: En la Universidad de Antioquia ( Colombia ) en 2020
• Idioma: español
• Títulos paralelos:
  • Methodology for estimating color property of flat Lambertian surfaces using hyperspectral sources
• Enlaces
  • Tesis en acceso abierto en: hdl.handle.net
• Resumen
  • español

    El color es una propiedad directamente relacionada con la luz y es dependiente de las ondas electromagnéticas reflejadas, absorbidas o emitidas (luminiscencia) por los objetos en el espectro visible. En superficies Lambertianas no luminiscentes, el color es una propiedad que depende directamente de la función de reflectancia de la misma y por tanto su estimación es fundamental para la medición. En la actualidad existen equipos o sistemas que permiten estimar el color en aplicaciones industriales, sin embargo, en su gran mayoría son equipos costosos que están ajustados a fuentes de iluminación estandarizadas (buscando generalizar), que requieren estrictas condiciones controladas de medición o solo realizan mediciones puntuales en la superficie. En este trabajo se presenta el desarrollo de una metodología y un modelo funcional que opera bajo condiciones de iluminación controlada, pero que es robusto a perturbaciones externas estimadas y que permite medir propiedades del color sobre una superficie plana a partir de los valores de reflectancia estimados y que pueda llevarse al espacio de color XYZ con las fuentes de iluminación estandarizadas o a representaciones derivadas con otros fuentes. Para esto fue necesario desarrollar modelos de caracterización de la respuesta espectral de fotodetectores, de un lado para conocer la ganancia a diferentes longitudes de onda y de otro lado para detectar en los arreglos bidimensionales (cámaras) los defectos y la uniformidad de respuesta de la superficie. También fue necesario diseñar y caracterizar un sistema de iluminación LED con 23 bandas que permite obtener una estimación de la función de reflectancia de la superficie y un modelo que permitiera usando fotodetectores de bajo costo derivar indicadores sobre la luz para detectar y corregir las perturbaciones externas que se puedan presentar en la superficie de medición. Finalmente se desarrolló un modelo que integra los diferentes subsistemas usando una Multi Layer Perceptron para calcular el color en el espacio XYZ en la superficie de prueba con un error inferior al 1%.

  • English

    Color is a property directly related to light and is dependent on electromagnetic waves in the visible spectrum that are reflected, absorbed or emitted (luminescence) by objects. In non-luminescent Lambertian surfaces, the color is a property that depends directly on the reflectance function and therefore its estimation is essential for measurement. At present there is equipment or systems that allow estimating the color in industrial applications. Most, however, it is costly equipment that is fitted to standardized lighting sources (to generalize), requires strictly controlled measurement conditions, or is only making point measurements on the surface. This doctoral thesis presents the development of a methodology and a functional model that operates under controlled lighting conditions, but which is robust to estimated external perturbations. The model allows to measure color properties on a flat surface from the estimated reflectance values and can be used in the XYZ color space with standardized light sources or representations derived from other sources. Indeed, it was necessary to develop characterization models of the spectral response of photodetectors; on one side, to know the gain at different wavelengths and on the other side, to detect defects and uniformity of the surface response in two-dimensional arrays (chambers). It was also necessary to design and characterize a 23-band LED illumination system to obtain an estimate of the surface reflectance function, and a model that would allow, using low-cost photodetectors, finding indicators to detect and correct external disturbances, which may be present on the measuring surface. Finally, a model was developed that integrates different subsystems using a Multi Layer Perceptron to calculate the color in the XYZ space on the test surface with an error lower than 1%.