domingo, 31 de octubre de 2010

CAPTURA DE ESPECTROS EN TIEMPO REAL UTILIZANDO UNA VIDEO CÁMARA Y EL PROGRAMA RSPEC

Alberto E. Villalobos Chaves
aewolframio@gmail.com

En un trabajo previo se ha descrito una forma simple de obtener espectros de emisión visibles calibrados por medio de la captura con cámara digital y posterior procesamiento de las imágenes por medio de un programa diseñado para estos efectos (Visual Spec).

En la metodología referida, previo a la utilización del programa propiamente dicho, las imágenes capturadas han de ser trabajadas con algún software de procesamiento de imágenes que permita recortar, convertir a escala de grises y salvar en formato .fit lases imágenes ya trabajadas.

Una vez procesada la imágen con la ayuda de Visual Spec podemos obtener el espectro calibrado en términos de una gráfica intensidad vs. longitud de onda.

El procedimiento descrito anteriormente se puede considerar como "off-line" o sea que los resultados, a saber el espectro calibrado, no se pueden observar hasta después de descargar las fotografías de la cámara y realizar el procesamiento de las imágenes.

En el presente trabajo se pretende dar a conocer un software que permite obtener espectros visibles en tiempo real o sea que nos permite observar el espectro ya calibrado en el momento mismo en el que estamos realizando la medición.

El software en cuestión es el Rspec (Real-time Spectroscopy), programa que permite utilizar una video cámara digital como instrumento de captura de espectros de emisión visibles y procesar las imágenes en tiempo real.

Como ejemplo vamos a proceder a obtener los espectros de emisión visible de una lámpara de sodio del tipo comunmente utilizadas en el alumbrado público.

Lo primero que necesitamos, aparte de la video cámara, es una rejilla de difracción que nos permita descomponer la luz de la lámpara en sus componentes constituyentes. Para este efecto vamos a utilizar un trozo de CD al que se le ha eliminado el material reflectante por medio de una cinta engomada, mismo que luego recortaremos en forma circular y lo colocaremos frente al objetivo de la video cámara (Figura 1).

Figura 1: Colocación de la rejilla de difracción en frente del objetivo de la video cámara.

A continuación conectamos la cámara digital a través del puerto usb de la misma al puerto usb de un ordenador que tenga instalado el programa Rspec (Figuras 2 y 3).

Figura 2: Montaje del espectroscopio. Al forndo se observa una lámpara de sodio del alumbrado público.

Figura 3: Detalle en el que se observa a la izquierda la lámpara de sodio del alumbrado público y en la pantalla de la video cámara el espectro de emisión visible correspondiente. Nótese que la video cámara no está dirigida directamente a la fuente luminosa sino desviada hacia la derecha.

En la Figura 4 podemos observar la pantalla principal de Rspec en donde en el recuadro de la izquierda aparece la imágen que está siendo capturada en tiempo real por la video cámara y en el de la derecha aparece la representación intensidad vs. pixeles de lo que sea que se coloque entre las dos líneas horizontales del recuadro de la izquierda.

Para poder proceder con el proceso de calibrado es necesario que la imágen del espectro quede entre las dos líneas horizontales del recuadro izquierdo, sin embargo no es necesario mover la cámara para acomodar el espectro pues Rspec tiene una función que permite rotar la imágen en tiempo real mientras sigue la captura de la video cámara.

Figura 4: Espectro visible no calibrado de una lámpara de sodio del alumbrado público.

Una vez alineada la imágen y teniendo la previsión de que el extremo rojo del espectro quede hacia la derecha, se procede a identificar dos señales del espectro no calibrado de los que se tenga certeza de los valores de longitud de onda que les correspondan. Se aplica entonces la función de calibrar que mostrará una pantalla emergente en la que podemos relacionar la posición del pico reconocido en el espectro con su correspondiente longitud de onda (Figura 5).

Figura 5: Proceso de calibración del espectro visible de la lámpara de sodio.

El programa tambien permite calibrar basándose en espectros de referencia en los que, por comparación directa, le permite al usuario decidir la correspondencia de las señales observadas con las de la referencia. Si bien Rspec trae una biblioteca de espectros de referencia estelares, pues la orientación del software está dirigida a la astronomía, también se pueden adicionar patrones propios. En la Figura 6 se observa la comparación entre el espectro de referencia de una lámpara fluorescente (azul) medido en un espectrofotómetro profesional, con el espectro medido de una lámpara fluorescente de escritorio (rojo) utilizando una rejilla de difracción construida con un trozo de DVD y una simple pantalla de cartón negro perforado (Figura 7).
Figura 6: Calibración del espectro de una lámpara fluorescente de escritorio (rojo) utilizando un patrón medido en un espectrofotómetro profesional (azul)

Figura 7: Captura del espectro de emisión visible de una lámpara fluorescente. La lámpara está cubierta por una cartulina negra a la que se le practicó un pequeño orificio por donde sale la luz. La captura se realizó con la luz de la habitación apagada. La cámara de video no apunta directamente a la fuente luminosa.

Una vez calibrado el espectro las subsecuentes capturas mantienen la calibración puediéndose hacerse ampliaciones de alguna zona específica del espectro, eliminar la señal del fondo de la imágen e incluso, en el caso de señales poco luminosas, utilizar la opción de promediar un número de hasta 200 espectros lo que aumenta mucho la calidad del espectro obtenido.

Los espectros calibrados se puede guardar en formato .dat lo que permite utilizar otros programas informáticos de manejo espectral para analizarlos. A manera de ejemplo se puede ver en la Figura 8 los espectros de la lámpara de sodio generados con Rspec y capturados con la cámara de video en un caso sin función de visión nocturna y en otro con esta función activada (en este último caso se pueden observar señales de emisión en la región del infrarrojo cercano en 774 nm, 826.9 nm y 877.5 nm). Estos datos fueron guardados en formato .dat y posteriormente abiertos y analizados con un programa de análisis espectral llamado Spekwin32.

Figura 8: Archivos .dat generados por Rspec y abiertos por otro software de análisis espectral.

El programa tiene mas posibilidades de las mostradas en este pequeño trabajo y en la página de Rspec se pueden descargar no solamente una versión de prueba completamente funcional por un mes del software sino también tutoriales y archivos de video con los cuales hacer ensayos.

Quisiera terminar animando al lector interesado a que haga sus propios experimentos y de sus primeros pasos en el mundo de la espectroscopía en tiempo real.

7 comentarios:

NES dijo...

Muy bueno!

Americo dijo...

Excelente

Anónimo dijo...

Very nice!

Aprendiz dijo...

Que después de un año y medio aparezcas y resuelvas una idea que venia buscando como aterrizar en los estudios documentoscopicos, para aspectos Judiciales, es de agradecer y reconocer... Un abrazo.

Alberto Villalobos dijo...

Hola Aprendiz,

me alegra que te haya sido útil mi trabajo aunque no me figuro como se aplica al estudio documentoscópico :)

Saludos

Alberto

Anónimo dijo...

No me deja instalar el programa. ¿alguna ayuda?

Alberto Villalobos dijo...

Hola Anónimo, podrías darme un poco mas de información, que sistema operativo estás usando, que versión de Rspec estás usando, que mensaje de error te da? Saludos