Sector Técnico

La presente invención puede ser aplicada en las áreas de la astronomía, termografía, microscopía, sistemas de visión industrial, tomografía, sistemas de visión militares, y en general, en todo sistema que forme una imagen digital. Específicamente corresponde a un proceso que permite eliminar el ruido de patrón fijo en imágenes efectivas formadas por arreglos de sensores electromagnéticos de un campo de luz. Técnica anterior

El uso de sistemas formadores de imágenes digitales a base de arreglo de sensores electromagnéticos está extendido transversalmente en aplicaciones de uso particular, comercial, industrial, y de carácter científico, siendo la calidad de las imágenes formadas, el factor determinante a la hora de seleccionar estos sistemas.

Como desventaja, este tipo de sistemas presenta una distorsión conocida como ruido de patrón fijo en las imágenes digitales que forman. Esta distorsión es propia del funcionamiento de estos sistemas y deteriora la calidad de las imágenes digitales a través de la alteración de las lecturas de éstas, las que resultan ser no uniformes aun cuando la radiación electromagnética que recibe el arreglo de sensores electromagnéticos sea perfectamente uniforme. Esta no uniformidad en los sensores es producto de la propia construcción de los mismos, ya que es imposible hasta ahora producir arreglos de detectores idénticos, por lo tanto, cualquier sistema formador de imágenes es no uniforme. Lo anterior se traduce en una pérdida de calidad, es decir, la imagen digital formada no corresponde con exactitud a la escena observada por el sistema formador de imagen. De este modo, la corrección del ruido de patrón fijo se hace esencial para asegurar la calidad de las lecturas, y por ende, la calidad de la escena.

Históricamente la solución propuesta para mejorar la calidad de las imágenes digitales en presencia de ruido de patrón fijo, ha sido la tecnología y aplicación dependiente. Sin embargo, no se ha logrado una solución en forma definitiva y general, ya que el ruido de patrón fijo varía en el tiempo según el tipo de detector, las condiciones de operación, tales como la temperatura de operación del arreglo de sensores electromagnéticos y la intensidad de la radiación de la escena observada.

Las soluciones planteadas se pueden clasificar en dos grandes grupos: el primero corresponde a técnicas de calibración basadas en mediciones de referencias que requieren de un equipamiento adicional para la adquisición de éstas, las que además necesitan ser actualizadas cada cierto tiempo. Esto genera un problema adicional, pues al momento de generar la referencia necesariamente se requiere dejar de observar la escena. El segundo grupo, corresponde a técnicas de procesamiento de imágenes digitales basadas en características de la escena, que logran corregir parcialmente el ruido de patrón fijo, pero introducen otra distorsión conocida como efecto fantasma.

En la práctica, las soluciones están embebidas dentro de los sistemas electrónicos asociados a arreglos de sensores electromagnéticos.

Los principales documentos de patentes que guardan relación con la presente tecnología se detalla a continuación:

1. Solicitud de patente US2012/0199689 (Burkland), denominada "Infrared spatial modulator for scene-based non-uniformity image correction and systems and methods related thereto". Se describe un modulador de espectro infrarrojo capaz de realizar corrección de no uniformidad de imagen en sensores térmicos infrarrojos, orientados a sistemas de guía de proyectiles a través de radiación térmica infrarroja. Incluye también un método para incorporar dicha corrección dentro del procedimiento de vuelo y búsqueda de objetivo de estos proyectiles. Donde, en una aplicación preferente, el modulado espacial es utilizado para permutar la fuente de radiación incidente a un arreglo de sensores infrarrojos, de modo de poder contar con información tanto de la escena objetivo como también de las intensidades de referencias de cuerpo negro, para luego calcular los parámetros de no uniformidad y producir una imagen espacialmente corregida. La determinación de los parámetros de no uniformidad se realiza mediante un procedimiento matemático conocido como ajuste o calibración de dos puntos. 2. Patente US4,602,291 (Temes), denominada "Pixel non-uniformity correction system". Se resguarda un sistema de corrección de no uniformidad en sensores de imagen de estado sólido, en donde dicho sistema opera en tres ciclos separados determinados por un interruptor, los que intercalan dos modos que permiten estimar los parámetros de no uniformidad del sensor, con un tercer modo para la operación normal de detección. Específicamente, en el primer modo se mide el nivel de corriente de oscuridad en ausencia de fuente luminosa y se almacena digitalmente. En el segundo modo, se realiza una medición de la ganancia ante una fuente de iluminación uniforme, el cual es restado al valor de corriente de oscuridad y también almacenado en memoria. Por último, el tercer modo realiza la detección en operación normal de la cámara, incluyendo una corrección lineal en el sensor, según los valores de corriente de oscuridad y ganancia previamente calculados.

3. Patente US5,047,861 (Houchin et al.), denominada "Method and apparatus for pixel non-uniformity correction". La tecnología protege un método y aparato para la corrección de no uniformidad en sensores de imagen. El método de operación se compone de dos modos, uno de calibración y otro de operación normal. El aparato se caracteriza por hacer uso de una tabla de consulta de datos digitales que en el modo de calibración almacena tanto valores de parámetros de no uniformidad como también de corrección de gamma y otros. Esto evita la necesidad de realizar estimaciones de corrección de no uniformidad en modo de operación normal, es decir, evita sumar y multiplicar valores de intensidad de señal. En cambio, según los valores digitales de la señal entrante realiza una búsqueda en tablas que almacenan en memoria digitales los valores precalculados con correcciones incluidas para los valores de señal entrante. 4. Patente US 5,811 ,808 (Cannata er a/.), denominada "Infrared imaging system employing on-focal plañe nonuniformity correction". Se divulga un sistema de detección infrarroja y sistemas de imágenes, donde se permite reducir la presencia de no uniformidad de offset en sistemas de imágenes infrarrojas que utilizan sensores dispuestos en arreglos de plano focal.

5. Patente US6,591 ,021 (Breiter et al.), denominada "Method and apparatus for correcting the gray levéis of images of a digital infrared camera". Se describe un método y aparato para la corrección de no uniformidad en los niveles de intensidad de grises de imágenes de una cámara digital. Para esto, el aparato incluye una sección de memoria digital que guarda los coeficientes de no uniformidad para cada uno de los detectores del sensor los cuales son actualizados dinámicamente.

6. Patente US7,235,773 (Newman), denominada "Method and apparatus for image signal compensation of dark current, focal plañe temperature, and electronics temperature". La innovación resguarda un sistema y un método de calibración y compensación de un sistema sensor visual. Donde se realiza una compensación de imagen para eliminar los efectos de corriente de oscuridad, temperatura de plano focal y temperatura de electrónica en un arreglo de sensores CCD de píxel activos. El método de calibración visual del sensor podría variar entre un rango mínimo y máximo a exposición del sensor, la temperatura del plano focal, y la temperatura de la electrónica de manera predeterminada con el fin de generar coeficientes de compensación de imagen relacionados con los valores de respuesta de imagen obtenida para cada uno de los valores predeterminados.

7. Patente US8,208,755 (Hogasten), denominada "Scene based non-uniformity correction systems and methods". Se divulgan métodos y sistemas capaces de realizar corrección de no uniformidad en sensores de imágenes infrarrojos que se constituyen por pluralidades de sensores individuales. La idea central detrás de todas las metodologías descritas consiste en la estimación de movimiento entre cuadros de imagen con el fin de utilizar esta información para calcular el offset de no uniformidad. Los distintos sistemas descritos en esta patente incorporan esta idea central de diferente forma generando variantes que utilizan todo el conjunto de los detectores o una parte de ellos, procesando las imágenes dentro del chip o utilizando memorias que puedan ser leídas por computadora, entre otros. 8. Patente US8,619,177 (Perwass et al.), denominada "Digital imaging system, plenoptic optical device and image data processing method". Se describe un sistema de imagen digital configurado para sintetizar imágenes de un dispositivo óptico plenóptico, que comprende una matriz fotosensora, que contiene una pluralidad de fotosensores, dispuestos en un plano de imagen predeterminado, y una matriz de microlentes que contiene una pluralidad de microlentes dispuesta para dirigir la luz desde un objeto al arreglo fotosensor, donde el arreglo fotosensor y el arreglo de microlentes están dispuestos a una distancia predeterminada. Las microlentes tienen diferentes longitudes focales que varían sobre la matriz de microlentes, y el plano de imagen del arreglo fotosensor está dispuesto de tal manera que la distancia entre el arreglo fotosensor y el arreglo de microlentes no sea igual a las longitudes focales de los microlentes. Adicionalmente, se resguarda un dispositivo óptico plenóptico, incluyendo el sistema de imagen digital y un método para procesar datos de imagen recogidos con el sistema de imagen digital.

9. Patente US7,949,252 (Georgiev), denominada "Plenoptic camera with large depth of field". Se resguarda un método y una cámara para capturar un campo de luz con gran profundidad de campo. Se detalla la relación entre parámetros de una cámara plenóptica, incluyendo magnificación, f-número, longitud focal, longitud de onda, y tamaño de pixel, los cuales pueden ser analizados para diseñar cámaras plenópticas que provean de un incremento de la profundidad de campo comparado con cámaras plenópticas convencionales. Las cámaras plenópticas pueden ser implementadas de acuerdo al método, y en la cual la formación de imagen de un telescopio galileano o keplerianos pueden ser utilizadas al mismo tiempo mientras proporcionen una mayor profundidad de campo que la lograda en cámaras plenóptica convencionales, y de esta forma, capturando imágenes de campo de luz que capturan ambos lados en las cuales todo, exceptuando una pequeña región de la escena, está en foco.

10. Solicitud de patente US2007/0252074 (Ng et al.), denominada "Imaging arrangements and methods therefor". Se divulga un sistema y método de adquisición de imágenes para facilitar el enfocado o corrección óptica. Donde en una aplicación preferente del sistema, un arreglo formador de imágenes colecta información de luz correspondiente a la luz pasando a través de un plano focal en particular. Los datos recogidos de luz utilizan un enfoque que facilita la determinación de la dirección desde la que emanan diversas porciones de la luz incidente sobre una porción del plano focal. Usando esta información direccional en relación con el valor de la luz detectada por los fotosensores, una imagen representada por la luz es enfocada selectivamente y/o corregida.

11. Solicitud de patente US2010/0141802 (Knight et al.), denominada "Light field data acquisition devices, and methods of using and manufacturing same". Se divulga un dispositivo de adquisición de datos de campo de luz, que incluye la óptica y un sensor para adquirir datos de la imagen de campo de luz de una escena. En al menos un diseño, el sensor está situado de manera fija, ubicación predeterminada en relación con el punto focal de la óptica. El dispositivo determina una primera profundidad de foco virtual diferente de una profundidad de foco óptico de los datos de imagen de campo de luz, y automáticamente genera y emite los datos representativos de una primera imagen de la escena en la primera profundidad de foco virtual. En respuesta a la entrada del usuario, el dispositivo determina una segunda profundidad de foco virtual y genera datos representativos de una segunda imagen de la escena en la segunda profundidad de foco virtual.

12. Solicitud de patente US2012/0229682 (Ng et al.), denominada "Correction of optical abberations". Se presenta un método para corrección de aberraciones en imágenes digitales a partir de un dispositivo que consta de un arreglo formador de imágenes, implementado a través de un arreglo de microlentes que dirige luz a un fotosensor que detecta luz. La información generada es usada para calcular una imagen de salida, donde cada valor de pixel de la imagen de salida corresponde a una ponderación selectiva y a la suma de un subconjunto de valores que el fotosensor detectó. La función de ponderación es una función de características del arreglo de formación de imágenes. En algunas aplicaciones, esta función reduce la contribución de datos desde fotosensores que contribuyen con altas cantidades de aberraciones ópticas para el correspondiente pixel de la imagen de salida.

13. Solicitud de patente US2012/0327222 (Ng et al.), denominada "Light field data acquisition". Se describe un dispositivo de adquisición de datos de campo de luz que incluye sensores ópticos y un sensor de campo de luz para adquirir datos de imagen campo de luz de una escena. En una aplicación preferente, el sensor de campo de luz es localizado en un lugar fijo, distancia relativa predeterminada al punto focal de la óptica. En respuesta a la entrada del usuario, el campo de luz adquiere la información de imagen de campo de luz de la escena, y un dispositivo almacenador guarda la data adquirida. Tal data adquirida puede ser subsecuentemente usada para generar una gran cantidad de imágenes de la escena usando diferentes profundidades de foco virtual.

14. Solicitud de patente US2010/0026852 (Ng et al.), denominada "Variable imaging arrangements and methods therefor". Se resguarda un sistema de imagen digital para procesar datos útiles para sintetizar una imagen de una escena. Diversos enfoques en la formación de imágenes incluyen la selección de la resolución dirección y espacial. En una realización preferente del sistema, las imágenes son calculadas usando un arreglo formador de imágenes para facilitar la selección de aspectos direccionales y espaciales de la detección y el procesamiento de la información de la luz: La luz pasa a través de una lente principal y es dirigida a los fotosensores mediante una gran cantidad de microlentes. La separación entre microlentes y fotosensores es escogida para facilitar la resolución espacial y direccional en la información capturada de luz., facilitando el poder de reenfoque o de resolución de imagen en imágenes calculadas desde la información de la luz capturada.

15. Patente US6,097,394 (Levoy et al.), denominada "Method and system for light field rendering". Se describe un método simple y robusto, además, de un sistema para generar nuevas vistas desde posiciones arbitrarias de una cámara sin información de profundidad o características de coincidencia, simplemente por la combinación y remuestreo de las imágenes disponibles. Esta técnica interpreta imágenes de entrada como cortes dos-dimensionales de una función cuatro-dimensional, el campo de luz. Esta función caracteriza completamente el flujo de luz a través del espacio libre en una escena estática con iluminación fija. El campo de luz puede ser creado desde grandes arreglos de imágenes digitales. Estos últimos se adquieren con una cámara de video montada en un pórtico controlado por ordenador. Una vez que el campo de luz se ha creado, nuevas vistas pueden ser reconstruidas en tiempo real mediante la extracción de los cortes o rebanadas en direcciones apropiadas. También se describe un sistema de compresión que es capaz de comprimir los campos de luz generados en un factor 100:1 con muy poca pérdida de fidelidad. 16. Solicitud de patente US2010/0265386 (Raskar et al.), denominada "4D light field cameras". Se divulga una cámara que adquiere campo de luz 4D de una escena. La cámara incluye una lente y un sensor. Una máscara es dispuesta en un camino óptico recto entre la lente y el sensor. La máscara incluye un patrón de atenuación para modular espacialmente el campo de luz 4D adquirido de la escena por medio del sensor. El patrón tiene una baja frecuencia espacial cuando la máscara está dispuesta cerca de la lente, y altas frecuencias espaciales cuando la máscara está dispuesta cerca del sensor.

En base a los antecedentes mencionados, y considerando la gran utilidad que prestan en la actualidad los sistemas formadores de imágenes digitales a base de arreglo de sensores electromagnéticos, se hace necesario desarrollar alternativas que permitan compensar de manera efectiva el ruido de patrón fijo de estos sistemas. Breve descripción de las figuras

Figura 1: corresponde a una matriz a la que se le asignan valores de intensidad, la cual es denominada imagen. Figura 2: corresponde a un campo de luz provisto en su interior de una imagen digital almacenada.

Figura 3: corresponde a un esquema de un sistema de adquisición de imágenes óptico/electrónico/mecánico con sus diferentes componentes.

Figura 4: corresponde a la secuencia del proceso de captura de las imágenes del campo de luz.

Figura 5: corresponde a una representación del resultado de eliminación de ruido de patrón fijo, obtenido al reenfocar un plano focal en el infinito óptico y en un plano focal cercano de la escena.

Figura 6: corresponde a imágenes de resultados reales de eliminación de ruido de patrón fijo obtenido al reenfocar diferentes planos de la imagen de la escena. Divulgación de la Invención

La presente tecnología corresponde a un proceso que permite eliminar el ruido de patrón fijo en imágenes efectivas formadas por arreglos de sensores electromagnéticos de un campo de luz, mediante un reenfocamiento digital. El nivel de reducción de ruido depende del plano de reenfoque y es independiente de la arquitectura de la lectura de datos del sensor.

Esta innovación, preferentemente, puede ser aplicada en las áreas de la astronomía, termografía, microscopía, sistemas de visión industrial, tomografía, sistemas de visión militares, y en general, en todo sistema que forme una imagen digital. Esta gran versatilidad de áreas de aplicación está sustentada en el hecho que para formar una imagen digital se necesita un arreglo de sensores electromagnéticos, correspondiente a múltiples unidades no uniformes capaces de medir radiación electromagnética en alguna zona del espectro electromagnético, definiendo así la tecnología a utilizar y su aplicación. Por ejemplo, si se requiere medir en el espectro electromagnético de longitudes de onda visibles y la escena es capturada con bajos niveles de iluminación aparecerán efectos del ruido de patrón fijo, por lo que esta tecnología puede ser aplicable para la eliminación de ruido en imágenes en el espectro visible. Además, si se observa la misma escena para detectar su temperatura, se requiere medir en el espectro electromagnético de longitudes de onda infrarrojas. Para lo cual, se puede utilizar un detector de microbolometros, los cuales también presentan un ruido de patrón fijo severo, y por lo tanto, esta tecnología es también aplicable en el ámbito de la termografía. Aunque estas dos zonas del espectro son diferentes se vinculan en lo medular, pues detectan radiación electromagnética por medio de arreglos de sensores electromagnéticos dispuestos en alguna geometría con la capacidad de formar imágenes digitales, y como se ha mencionado, estos sensores presentan ruido de patrón fijo.

El procedimiento que permite eliminar el ruido de patrón fijo reenfocando digitalmente las imágenes efectivas formadas por arreglos de sensores electromagnéticos, comprende al menos las siguientes etapas:

A. formar una imagen digital a partir de un arreglo de sensores electromagnético;

B. formar un campo de luz; y

C. reconstruir una imagen por medio de un reenfoque digital a partir del campo de luz.

El detalle de estas etapas se presenta a continuación:

Etapa A: el objetivo es asignarle a cada elemento de una matriz, tal como se presenta en la Figura 1 , la información de intensidad proveniente de un arreglo de sensores electromagnéticos. En esta disposición geométrica rectangular se le asignan las coordenadas xy a cada sensor. Esta matriz completa es lo que se denomina una imagen digital. Etapa B: el objetivo es completar la información de un campo de luz que se define como una matriz de imágenes. Este campo de luz tiene que tener al menos 2 x 2 imágenes digitales de una escena, con una distancia de separación de al menos el tamaño del área efectiva de un sensor electromagnético. En la Figura 2 sé representa el campo de luz y en su interior se puede apreciar una imagen digital almacenada, siendo su orden geométrico representado por las coordenadas MN. La expresión matemática de este campo de luz es una función 4-dimensional CL (X, y, m n), así el sensor electromagnético representado por un elemento negro en la Figura 2, tiene una coordenada en el campo de luz de CL (6, 4, 3 ,2) y la imagen digital completa que lo contiene es representada por CL (X, y, 3 ,2).

La manera empleada en la construcción de un campo de luz no es única y se pueden mencionar al menos tres arquitecturas:

• Por un único arreglo de sensores electromagnéticos con su sistema de enfoque de radiación electromagnética y un desplazamiento espacial.

• Por múltiples arreglos de sensores electromagnéticos, distribuidos en distintas posiciones, cada uno con su sistema de enfoque de radiación electromagnética.

• Por un único arreglo de sensores electromagnéticos y múltiples sistemas de enfoque de radiación electromagnética.

Etapa C: el objetivo de la etapa es formar una imagen reenfocada digitalmente a partir de un campo de luz, en algún plano cercano de enfoque por medio de algún algoritmo de control de foco digital sobre el plano de Fourier.

El efecto logrado al realizar el reenfoque digital mediante esta tecnología permite eliminar de manera progresiva el ruido, en la medida que los planos de enfoque son cada vez más cercanos, con respecto al observador. El plano de enfoque en el infinito contiene todo el ruido de patrón fijo y los objetos estarán máximamente contaminados con este ruido superpuesto sobre ellos, donde la distancia real en que se encuentra el plano de enfoque en el infinito óptico es relativa, pues para un sistema de microscopía esta distancia podría ser de 1 cm y para un telescopio podría ser una distancia de años luz. A medida que se seleccionan planos de enfoque más cercanos, la imagen digital efectiva contendrá progresivamente menores niveles de ruido de patrón fijo, hasta el punto en que planos muy cercanos de la escena permitirán recuperar una imagen reenfocada que con una eliminación total del ruido de patrón fijo, entendiendo como un plano de enfoque cercano cualquiera que se acerque al observador partiendo desde el plano de enfoque que represente el infinito.

Por lo anterior, al aplicar esta tecnología es posible definir niveles de eliminación de ruido de patrón fijo. Por ejemplo, se pueden fijar dos zonas de ruido de patrón fijo: una zona de alta eliminación de ruido (rango de plano focal cercano) y una zona ruidosa (rango de plano focal lejano). Dado que el criterio de lo que significa una eliminación de ruido aceptable varía dependiendo del contexto de la aplicación, la definición de las zonas de eliminación de ruido están sujetas a las diferentes situaciones donde se aplique la tecnología, pudiéndose así definir mayores niveles de eliminación de ruido. Esto significa que la imagen de salida final no tiene una métrica que defina la calidad en forma universal, pues la calidad con la que se desea obtener la imagen de salida varía dependiendo del contexto de la aplicación.

La principal diferenciación de esta tecnología, es que no existe la necesidad de conocer los parámetros físicos del sensor electromagnético utilizado en la formación de campo de luz para recuperar imágenes digitales con eliminación de ruido de patrón fijo. Esta particularidad es clave, debido a que entrega una gran flexibilidad a la aplicación de esta tecnología, lo cual se convierte en una ventaja dado que típicamente en las propuestas divulgadas de corrección de ruido de patrón fijo es necesario contar con estos parámetros. En resumen, la presente tecnología corresponde a un procedimiento que permite eliminar progresivamente el ruido de patrón fijo reenfocando digitalmente las imágenes formadas por arreglos de sensores electromagnéticos.

Ejemplo de aplicación

Ejemplo 1.- Evaluación del proceso de eliminación de ruido de patrón fijo en un sistema óptico/electrónico/mecánico de imágenes térmicas en el espectro electromagnético del infrarojo lejano.

El proceso para la eliminación progresiva del ruido de patrón fijo, fue ímplementado en un sistema óptico/electrónico/mecánico mecánico que captura información térmica de una escena con elementos industriales a diferentes temperaturas, para lo cual se fueron reenfocando digitalmente las imágenes formadas por arreglos de sensores electromagnéticos en diferentes planos. Tomando como referencia la Figura 3 se presenta un esquema del sistema con sus diferentes componentes, los que se detallan a continuación: un banco nivelado (1);

una base de traslación lineal de alta precisión (2) con un rango de desplazamiento de 600 mm con motor DC y encoder rotatorio (Modelo: IMS600CC, Newport);

una base de traslación vertical de alta precisión (3) con un rango de desplazamiento de 300 mm con motor DC (IMS-V Series, Modelo: IMS300V, Newport) montado sobre un soporte de ángulo recto (Modelo: EQ120, Newport);

un controlador universal de 2 ejes con conexión ethernet (4) (Model: XPS-Q2, Newport) para el control de la base de traslación vertical y horizontal;

una cámara infrarroja (5), que cuenta con un arreglo de plano focal de microbolómetros, altamente sensibles, que forman una matriz de 320 x 240 píxeles y que detectan radiación electromagnética en el rango de longitudes de onda de 8 a 12 μητι. Para la formación de las imágenes utiliza una lente de distancia focal f=24 mm y F-número F=1.1 ;

f. una CPU (6) con puerto ethernet para la conexión y control del controlador universal de 2 ejes y la cámara; y

g. una pantalla (7) para la visualización de la interfaz de control del controlador universal de 2 ejes y la cámara.

Este sistema permitió adquirir imágenes en el espectro de longitudes del infrarrojo en donde el problema del ruido de patrón fijo era un desafío. Mediante la disposición y funcionamiento en conjunto de las partes del sistema, se logró completar el campo de luz CL(x,y,m,n) para su posterior procesamiento mediante un algoritmo que analiza su información en el dominio de las frecuencias. A través de la extracción selectiva de esta información desde el dominio de las frecuencias realizada mediante un selector de foco, se lograron reconstruir imágenes enfocadas digitalmente en diferentes planos de la escena de interés. Este proceso de enfoque digital consiguió la eliminación progresiva del ruido de patrón fijo en las imágenes digitales reenfocadas a medida que el enfoque se realizaba en planos de la escena cada vez más cercanos. A continuación, se detalla el proceso para eliminar progresivamente el ruido de patrón fijo reenfocando digitalmente las imágenes formadas por arreglos de sensores electromagnéticos.

Etapa A:

Los sensores electromagnéticos seleccionados para este ejemplo funcionaban en la longitud de onda de 8 - 12 pm, la cual corresponde a la longitud de onda del infrarrojo lejano. Los sensores electromagnéticos estaban geométricamente ordenados en un arreglo que conformaba una matriz de 320 x 240 posiciones xy. La tecnología en la cual se materializó cada uno de estos sensores fue la de microbolómetros. Al conjunto que formó la matriz de microbolómetros unida a una sola lente principal se le denominó cámara digital infrarroja o simplemente cámara, y a la captura de intensidades de una escena óptica que se forma sobre este arreglo de sensores electromagnético se le denominó imagen digital. Cada imagen digital adquirida por la cámara estaba contaminada con ruido de patrón fijo particular en este tipo de tecnologías y definido principalmente por la fabricación del arreglo de sensores.

Etapa B:

La arquitectura para completar el campo de luz fue por un único arreglo de sensores electromagnéticos con su sistema de enfoque de radiación electromagnética y desplazamientos espacial transversal discretos.

Para completar el campo de luz CL.(x,y,m,n) se determinaron las coordenadas MN, las cuales fueron definidas como una matriz cuadrada de 16x16 imágenes digitales. El desplazamiento entre coordenadas MN del campo de luz Ci_(x,y,m,n) fue definido como d= 5 mm y fue igual en la dirección vertical y horizontal. Con el fin de adquirir de manera automática una imagen digital asociada a cada coordenada MN, primero se montó una cámara (1) sobre un sistema de traslación horizontal (2) y vertical (3). Para la automatización del proceso de posicionamiento de la cámara (1) en cada coordenada MN y la captura de una imagen digital en cada una de estas coordenadas, se realizó un programa de automatización que se alojó en la CPU (6), desplegando su interfaz de usuario en la pantalla (7). El programa de automatización de posicionamiento y captura de imagen digital recibió como parámetros de entrada el desplazamiento d=15 mm entre coordenada MN y el tamaño de la matriz a cubrir, la cual en este caso fue de 16x16 posiciones MN. La secuencia del proceso de captura de las imágenes del campo de luz CL(x,y,m,n) fue realizado mediante el barrido de la posición de la cámara por cada posición MN, es decir, comenzando desde una posición (1 ,1 ), se desplazó de manera automática la cámara por cada posición que conforma la matriz MN de 16x16 posiciones en donde para cada posición se capturó de manera automática una imagen digital. El desplazamiento de la adquisición y captura automática fue realizado posicionándose en el punto de partida (1 ,1) de la matriz MN para luego ir avanzando por todas las columnas de la fila hasta llegar a (1 ,16). Llegado a este punto, la cámara bajó a la siguiente fila cambiando el sentido del barrido para ahora desplazarse en el sentido contrario, repitiéndose este cambio de sentido del barrido al finalizar cada fila hasta cubrir todas las posiciones de la matriz como se puede apreciar en la Figura 4.

Etapa C:

Se realizó la reconstrucción de una imagen por medio de un reenfoque digital basado en un algoritmo conocido como teorema de la fotografía del corte de Fourier. Este algoritmo convirtió la información del campo de luz Ci.(x,y,m,n) de información espacial a información en el espacio de las frecuencias mediante la aplicación de una transformada de Fourier en cuatro dimensiones. Desde el espacio de las frecuencias se realizó una extracción selectiva de información mediante la realización de un corte de frecuencias, y un posterior cambio de base que dependía de un parámetro de enfoque denominado a, el cual actuaba como un selector del plano de enfoque que se deseaba observar de la escena. A cada extracción de información determinada por α (imagen efectiva enfocada en un plano objeto determinado) se le aplicó una transformada de Fourier inversa en dos dimensiones, y fue posible reconstruir una imagen reenfocada a un plano específico de la escena asociado a un a específico. La selección de planos consideraba que un parámetro a=0 definía la reconstrucción de una imagen enfocada en objetos en el infinito óptico, y un parámetro α de valores cada vez mayores, extraía una imagen reenfocada de planos cada vez más cercanos que permitía eliminar progresivamente el ruido de patrón fijo.

Mediante este proceso se generó la salida de una imagen digital reenfocada digitalmente para objetos de la escena en un plano de enfoque de 3 [m], el cual correspondía a un plano de enfoque cercano respecto a la profundidad de la escena de interés, y en cuya imagen reenfocada el ruido de patrón fijo sorprendentemente ya no era perceptible a la vista. En la Figura 5 se esquematizan los resultados representados en dos planos de reenfoque. Específicamente, la Figura 5(a) representa el reenfoque en el plano lejano, correspondiente al infinito óptico de la escena, donde se puede ver que todo el ruido de patrón fijo estaba superpuesto en la imagen. A diferencia de lo anterior, la Figura 5(b) representa el reenfoque en un plano de enfoque cercano de la escena, donde el ruido de patrón fijo ya no era perceptible sobre la imagen, a la vez que el objeto de este plano se apreciaba perfectamente enfocado.

En la Figura 6 se presentan imágenes térmicas reales de la escena industrial con elementos a diferentes temperaturas, que son el resultado de la utilización del proceso que permite eliminar progresivamente el ruido de patrón fijo, reenfocando digitalmente las imágenes formadas por arreglos de sensores electromagnéticos. Específicamente, la Figura 6(a) muestra el resultado del reenfoque de objetos en el infinito óptico de la escena, donde el parámetro de reenfoque correspondía a un a=0 a una distancia aproximada de 30 [m]. Los objetos no pudieron ser visualizados con claridad ya que el ruido de patrón fijo se comportaba como un objeto óptico en el infinito y se superponía de forma severa a la escena. La Figura 6(b) muestra el reenfoque en un plano intermedio de la escena, el cual correspondía a un a=58 a una distancia aproximada de 20 [m]. En este caso se aprecia como el ruido de patrón fijo se comienza a desenfocar y los objetos de la escena correspondiente a este plano focal fueron visualizados con mayor claridad. La Figura 6(c) muestra otro plano focal intermedio de la escena, el cual correspondía a un a=120 a una distancia aproximada de 10 [m]. En este caso, ya se aprecia claramente que el ruido de patrón fijo se había eliminado completamente en términos de la percepción visual. Finalmente, La Figura 6(d) muestra el reenfoque en un plano cercano de la escena, el cual corresponde a un a=181 a una distancia aproximada de 3 [m] y la eliminación de ruido de patrón fijo se visualiza completa para el objeto cercano, que correspondía a cilindros de gas, lo que hacía posible ver con mucho detalle las diferencias de temperatura. Estas imágenes fueron capturadas en el infrarrojo lejano y son una representación visual de la temperatura de los objetos. Todo lo anterior, fue el resultado del proceso para eliminar progresivamente el ruido de patrón fijo reenfocando digitalmente las imágenes formadas por arreglos de sensores electromagnéticos.