Proceso de Formación de Imágenes - Lección 02Lecci on 02.1 Dr.Pablo Alvarado Moya MP6123 Procesamiento Digital de Im agenes Programa de Maestr a en Electr onica Enfasis en Procesamiento

Conceptos de formacion de imagenesFuentes de energıa

Proceso deFormacion de Imagenes

Leccion 02.1

Dr. Pablo Alvarado Moya

MP6123 Procesamiento Digital de ImagenesPrograma de Maestrıa en Electronica

Enfasis en Procesamiento Digital de SenalesEscuela de Ingenierıa Electronica

Tecnologico de Costa Rica

III Cuatrimestre 2015

P. Alvarado — TEC — 2015 Formacion de Imagenes 1 / 27

Conceptos de formacion de imagenesFuentes de energıa

Contenido

1 Conceptos de formacion de imagenes

2 Fuentes de energıaEnergıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

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Conceptos de formacion de imagenesFuentes de energıa

¿Por que revisar la formacion de imagenes?

Mientras mas controlado sea el proceso de formacion de imagen⇓

menor complejidad algorıtmica para alcanzar un objetivo

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Conceptos de formacion de imagenesFuentes de energıa

Cuatro elementos de la formacion de imagenes

z

x y

y’

x’

Fuente de energıa

Imagen/SensorObjeto Camara

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Conceptos de formacion de imagenesFuentes de energıa

Configuracion de escena

La interaccion de los cuatro elementos

fuente(s) de energıa

objeto(s)

camara

sensor

en una determinada configuracion de escena determinan

1 calidad de la imagen y

2 factibilidad de rescate de informacion del entorno a partir deimagen

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

1. Fuentes de energıa

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Fuentes de energıa

Las fuentes de energıa se eligen de modo que extraigan lainformacion buscada del entorno:

Energıa acustica

Energıa cinetica en haces de partıculas

Energıa mecanica en barrido por contacto

Energıa electromagnetica

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Conceptos de formacion de imagenesFuentes de energıa

Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Fuentes de energıa

Las fuentes de energıa se eligen de modo que extraigan lainformacion buscada del entorno:

Energıa acustica

Energıa cinetica en haces de partıculas

Energıa mecanica en barrido por contacto

Energıa electromagnetica

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Energıa acustica

Choudhary et al. 2007

Imagen de ultrasonido de un hombro lesionado

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Energıa acustica

Ondas longitudinales mecanicas:

Compresion

Decompresion

λ

Transductor

Direccion de Propagacion

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Energıa acusticaRangos de aplicacion

Hipersonido

Rango de diagnostico medico

Ultrasonido

Rango audible

Infrasonido

0

1

10

102

103

104

105

106

107

108

109

f [Hz]

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Energıa acustica: Resolucion

Detalles observables dependen de longitud de onda λ = u/f :mientras mas pequena λ (mayor f ) mayor detalle observableen un mismo medio (u cte)

Se emiten pusos de duracion ∆t de frecuencia f . ∆tdetermina ancho de banda requerido del transductor(inversamente proporcional)

Mientras mas alta la frecuencia, mayor la absorcion y menor laprofundidad observable

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Haces de partıculas

6000× Laboratorio de Nanotecnologıa, ITCR

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Haces de partıculas

2500× Laboratorio de Nanotecnologıa, ITCR

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Conceptos de formacion de imagenesFuentes de energıa

Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Haces de partıculas

0500× Laboratorio de Nanotecnologıa, ITCR

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Haces de partıculas

0150× Laboratorio de Nanotecnologıa, ITCR

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Haces de partıculas

0080× Laboratorio de Nanotecnologıa, ITCR

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Haces de partıculas

0050× Laboratorio de Nanotecnologıa, ITCR

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Comportamiento como onda

Se aprovecha comportamiento de haces de partıculas comoondas

f = E/h, λ = h/m

λ hasta 3 ordenes de magnitud menores que luz visible

Factores de amplificacion entre 10 – 750000, con resolucionesen el orden de 1 nm (SEM, TEM)

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Barrido por contacto

AFM (Atomic Force Microscope)

STM (Scanning Tunneling Microscope)

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Microscopio de Fuerza Atomica

Nanotubos de CarbonoJ.S. ChavesLaboratorio de Nanotecnologıa, ITCR

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Microscopio de Efecto Tunnel

GrafenoJ.S. ChavesLaboratorio de Nanotecnologıa, ITCR

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Energıa electromagnetica

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Energıa electromagnetica

Onda transversal

Campo electrico

Campo magnetico

Campos son ortogonales entre sı y a la direccion depropagacion

λf = c

Rango de frecuencias: 24 decadas

Todo el rango usado en visualıstica.

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Espectro electromagnetico

102

102

104

104

106

106

108

108

1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022 1024

1

1

10−2 10−4 10−6 10−8 10−10 10−12 10−14 10−16

Ondas largas Radio Microondas IR UV Rayos X Rayos γ

λ[m]

f [Hz]

Espectro visible

400 nm700 nm

Longitud de onda

Frecuencia

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Cuerpo negro

Fuente lumınica: distribucion espectral de energıa C (λ)

Potencia total emitida (flujo irradiado):

P =

∫ ∞

0C (λ) dλ

Modelo de cuerpo negro (energıa emitida en funcion de T ,Ley de Planck):

C (λ) =C1

λ5(

exp(

C2λT

)− 1) (1)

En rango de luz visible (1) se simplifica en la Ley de Wien:

C (λ) =C1

λ5 exp(

C2λT

)P. Alvarado — TEC — 2015 Formacion de Imagenes 20 / 27

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Ley de Wien

λ [nm]

C(λ)

T = 3500K

T = 4000K

T = 4500K

T = 5000K

T = 5500K

00

200

400

500

600

800

1000 1500 2000

Temperatura del Sol:T ≈ 6000 K

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Otros modelos lumınicos

Modelo de cuerpo negro insuficiente para describir tecnologıasactuales como

Fluorescencia

LED

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Fluorescente

Líneas de mercurio

Longitud de onda [nm]

Espectro de un fluorescente Philips 48” (“luz solar natural”)

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

LED

Espectro de LED monocromaticos y blanco)

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Otras caracterısticas de la radiacion electromagnetica

Ademas de la composicion espectral

Coherencia (LASER, Light Amplification by StimulatedEmission of Radiation)

Polarizacion

Orden de la iluminacion (directa o indirecta)

Puntual o difusa (relacionado con produccion de sombras)

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

Polarizacion

Polarización lineal

Polarización circular

Luz no polarizada

Placa de cuarto de onda

Polarizador lineal

Dave3457, Wikipedia

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Energıa acusticaHaces de partıculasBarrido por contactoEnergıa electromagnetica

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© 2005-2015 Pablo Alvarado-Moya Escuela de Ingenierıa Electronica Instituto Tecnologico de Costa Rica

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