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Espectroscopía Óptica / Infrarroja, Caracterización de Filtros para IR y Cámaras FullSpectrum


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9 respuestas en este tema

#1 FLA

FLA

    Nikonistas Forever

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Escrito 26 diciembre 2014 - 15:37

Buenas….

 

 

Abro este Post, entre otras cosas como homenaje al aniversario del nacimiento de la persona que empezó con estas cosillas...

Isaac Newton, nacido el 25 de Diciembre de 1642 o el 4 de enero de 1643, según el calendario que seleccionemos, Juliano o Gregoriano...Coincidiendo con su 372 cumpleaños....

 

 

Como otras veces, nunca se si colocarlo en Brico o en Científica.

Dado el carácter técnico de esta actividad, creo que he elegido bien el subforo.

 

Nota:

Toda esta actividad está realizada para facilitar el entendimiento de la luz como onda y su aplicación práctica al estudio de los filtros que empleamos, a veces, alegremente……

La idea es simplemente mostrar el porqué de algunas cosas e intentar hacerlo sin romper ninguna regla científica pero de forma amena y comprensible.

Esto es ciencia de andar por casa..por lo qeu no profundizaremos demasiado en cuestiones fisicas que aburran o entorpezcan el entendimiento del Post..

 

Yo abro la puerta...el que quiera, la puede cruzar....

Por mi parte, soy un poquito mas feliz que hace unos días...el resultado esta siendo mejor de lo esperado y empiezo a ver soluciones a problemas que no entendía...

 

Unas consultas con mi colega el experto en IR y creo que empezaremos a tener un aparato en condiciones.

 

 

 

Cualquier espectrógrafo vale suficiente dinero como para hacer imposible su adquisición para estas…”chorradillas”.

A no ser que me toque un día la lotería y entonces sí que usare uno de verdad y bien caro, mientras tanto…..

 

Objetivo:

Averiguar la curva espectroscópica tanto de las cámaras FullSpectrum que utilizo (Nikon V2) como de los filtros que suelo emplear para astronomía foto IR.

Es decir...que longitudes de onda soy capaz de ver con mis cámaras FS y mis filtros y con que intensidad....mas o menos..

 

 

Inicio:

Todos conocemos la propiedad de la luz de refractarse en diferente ángulo en función de la frecuencia de la misma y del medio por el que se propaga…debido al cambio de velocidad que experimenta al transitar por medios de diferentes densidades… (Dispersión Refractiva).

El típico ejemplo de Newton y su famoso prisma (año 1666) , el arcoíris (Descartes ) o cualquier objetivo fotográfico o sistema óptico que empleemos…más o menos corregido pero…presente.

Aire-Agua, todos hemos visto como parece estar partido el palo al meterlo en el rio y ver, simultáneamente,  el palo dentro y fuera del agua.

Esta propiedad de la luz nos sirve para determinar la composición frecuencial del haz de luz que tenemos.

 

La luz blanca está formada por todos los colores pero también puede estar formada por frecuencias invisibles a nuestros ojos, Ultravioleta, infrarrojo..

 

Cuando hacemos que un rayo de luz atraviese un prisma óptico obtenemos una descomposición de todas las tonalidades que forman ese rayo de luz debido a un fenómeno de doble refracción interesante…

Vamos a emplear esta particularidad de la luz para caracterizar nuestros filtros de luz visible o de infrarrojo o de Ultravioleta.

 

Emplearemos la fuente de luz más adecuada para caracterizar nuestros filtros.

Sin duda, la mejor es la luz solar ya que dispone de un conjunto enorme de frecuencias de radiación, incluidas infrarrojo (Baja frecuencia) , y ultravioleta (Alta frecuencia)

 

Ahora, al experimento en si…

 

 

Colocamos un prisma óptico de alta calidad en el ángulo adecuado para que , la luz del sol, llegue a él a través de una ranura.

 

He empleado un prisma equilateral N-BK7 de boro silicato con un tratamiento antirreflexivo de MgF2 (Fluoruro de Magnesio) de la casa Edmund Optics (habitualmente lo empleo en experimentos de Espectrografía astronómica).

 

Rápidamente vemos como en la pared, se refleja un precioso arcoíris, es decir todos los tonos visibles que componen la luz incidente pero separados gracias a la propiedad anteriormente descrita.

 

Analizando esta mancha de colores, vemos, claramente que los tonos obtenidos van desde el rojo hasta el azul y a izquierda y derecha de ambos colores…no hay nada…o sí???

 

En su día, el astrónomo William Herschel en un momento maravilloso para la ciencia, coloco un termómetro al lado del color rojo observando que la temperatura del mismo subía..

La única explicación posible era la existencia de una radiación más allá del rojo pero que era invisible…

Esta increíble intuición nos lleva a realizar de forma sencilla este estupendo y divertido experimento óptico.

Aprovechando la capacidad de mi cámara Nikon V2 FullSpectrum (entre 200 y 1300 nm más o menos) vamos a analizar ese arcoíris ya que la cámara sí que es capaz de ver lo que hay a izquierda y a derecha del espectro visible.

La cámara representa la luz infrarroja como una imagen más cercana a los rojos, ya que ella ve energía a raves de su filtro Bayer, pero lógicamente, los Infrarrojos no tienen un color al uso, ya que son invisibles para nuestros ojos…Mi Nikon lo representa más cercano al rojo por que se ven más excitados las celdas con filtro rojizo que las azules, por ejemplo..

 

Nociones Fundamentales:

Las longitudes de onda de la luz que atraviese el filtro serán solo aquellas para las cuales está diseñado dicho filtro.

Es decir un filtro de 680 nm solo dejará pasar las longitudes de onda comprendidas entre 680nm en adelante…hasta 1300nm por ejemplo.

 

El proceso consiste en tomar una foto con la cámara FS y el filtro seleccionado , o sin filtro, y procesar la imagen para darle el tamaño adecuado para el soft de análisis..

La cámara, al ser FS lleva una corrección de WB que dificulta ver los colores como tal.

 

 

Tomamos una fotografía con un filtro IR/UV Cut  (Paso Banda 360/690 nm)

Observamos el arcoíris como lo vemos habitualmente. No hay mas información en la foto

La escala del espectrografo la posicionamos entre 100 y 800nm

 

Detalle de la imagen volcada por el prisma sobre una pantalla blanca.

4.jpg

 

 

 

Análisis sobre el espectrografo: (Es interesante observar la cantidad de RGB en la toma y su distribución a traves del Espectro)

 

4.jpg

 

 

Tomamos una imagen FullSpectrum del arcoíris. (Paso Banda 220 /1100nm)

Podemos observar los tonos habituales más o menos y una pequeña zona ampliada en la parte de IR y de UV…El ojo no es capaz de verla..En este caso , el WB empieza a falsear los colores..mostrando nivel energético en lugar de color...

 

4.jpg

 

 

4.jpg

 

 

Tomamos una imagen con un filtro de Paso bajos de 680nm.

Podemos observar algo de energía en la zona que corresponde a frecuencias de 680 nm  hasta los 1100 de la cámara, más o menos, pero no hay luz visible

 

4.jpg

 

 

4.jpg

 

 

Tomamos una imagen con un filtro de Paso bajos de 720nm.

Vemos como la manchita blancuzca de los IR está más desplazada que la anterior de 680nm.

 

4.jpg

 

 

4.jpg

 

 

Tomamos una imagen con un filtro de Paso banda de 656.3nm +-7nm H-Alfa NarrowBand.

Podemos observar como solo se ve energía en una franja muy concreta…las que corresponde con 656.3nm

 

4.jpg

 

 

 

4.jpg

 

El Proceso de calibración del espectrografo consiste en utilizar tres láseres de frecuencias unicas y conocidas para localizar las frecuencias en la imagen y asi reescalar el soft de espectroscopia...

 

Colocamos un láser verde de 532 nm y obtenemos la zona exacta donde 532 nm se refractan en nuestro sistema óptico…

Colocamos un láser rojo de 650 nm y obtenemos la zona exacta donde 650 nm se redactan en nuestro sistema óptico…

Colocamos un láser infrarrojo de 850 nm y obtenemos la zona exacta donde 850 nm se redactan en nuestro sistema óptico…

 

 

Para caracterizar nuestros filtros he diseñado el pequeño software que analiza la imagen y representa en una gráfica la distribución energética en función del color de la imagen…

Este software lleva un archivo de calibración con una imagen tipo arcoíris real del sistema óptico empleado para poder corregir las aberraciones del propio prisma y la distribución de tonalidades en función de la luz incidente, si es más amarillenta o más azulada o de espectro reducido (tipo LED).

Si hacemos el análisis con la luz del sol, tenemos que saber los niveles de los diferentes colores para caracterizar nuestro sistema y asi garantizar medidas absolutas sin la interferencia de la calidad del prisma.

 

 

El resultado es una gráfica con la representación de la Transmitancia de los filtros analizados en porcentaje de energía y en función de la frecuencia de la misma…

 

Como siempre….Pura Física aplicada a la fotografía digital..

 

Un saludo y Feliz año nuevo a tod@s....

 

 

Fernando


Editado por FLA, 03 enero 2015 - 13:24 .


#2 nitus

nitus

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Escrito 26 diciembre 2014 - 16:06

Jo, ¡tío!

 

No he entendido nada pero me ha parecido super interesante, aunque no he entendido bien cual era el resultado esperado.

 

Un saludo



#3 FLA

FLA

    Nikonistas Forever

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Escrito 26 diciembre 2014 - 19:16

Jo, ¡tío!

 

No he entendido nada pero me ha parecido super interesante, aunque no he entendido bien cual era el resultado esperado.

 

Un saludo

 

 

Buenas...

 

La idea es verificar que la frecuencia de corte de los filtros que compramos, realmente coincide con lo que dice el fabricante de los mismos....y mas aun cuando se buscan frecuencias especificas como en el mundillo de la astronomía.....

 

Entiendo que es difícil de meter en lo cotidiano pero es importante cunado tus fotos se lo merecen....

 

Todo es cuestión de empezar..

 

 

Un saludo

 

Fernando



#4 Estorki

Estorki

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Escrito 27 diciembre 2014 - 20:46

Fantástica la iniciativa Fernando.

 

Hace mucho tiempo ya decias que andabas detras de un espectroscopio casero y aquí lo presentas en sociedad.

Queda todo muy claro, pero me surge alguna pregunta del proceso de fotografía de la muestra y de calibrado.

 

- Veo que plantas un tripode y sacas la foto a los tonos reflejados en la pared. ¿Podrías mostrar una fotografía completa?

- Veo que calibras el espectro a partir de tres laseres de frecuencia conocida. ¿Pones el filtro, sacas las tres fotos con los diferentes laseres para la calibración, y a continuación la foto final? ¿Un total de 4 fotos para tener la imagen del filtro calibrada?

 

Buen experimento ;)



#5 FLA

FLA

    Nikonistas Forever

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Escrito 28 diciembre 2014 - 11:12

Fantástica la iniciativa Fernando.

 

Hace mucho tiempo ya decias que andabas detras de un espectroscopio casero y aquí lo presentas en sociedad.

Queda todo muy claro, pero me surge alguna pregunta del proceso de fotografía de la muestra y de calibrado.

 

- Veo que plantas un tripode y sacas la foto a los tonos reflejados en la pared. ¿Podrías mostrar una fotografía completa?

- Veo que calibras el espectro a partir de tres laseres de frecuencia conocida. ¿Pones el filtro, sacas las tres fotos con los diferentes laseres para la calibración, y a continuación la foto final? ¿Un total de 4 fotos para tener la imagen del filtro calibrada?

 

Buen experimento ;)

 

 

Buenas...

Me alegra verte por aquí otra vez....

Muchas gracias por tu comentario....cualquier idea será bienvenida.....

 

Veo que tienes buena memoria....

 

La verdad es que es un proyecto que llevo tiempo pensándolo.

Este proyecto es una derivación de algunos trabajillos de espectroscopia astronómica que hicimos unos compañeros y yo...

 

El proceso es relativamente sencillo...

 

EL espectro "aparece" en una pantalla blanca (no en la pared) que es móvil, para poder adaptar el resultado tanto en tamaño como en inclinación..

 

Una vez que tenemos un espectro con aspecto lineal, en su distribución cromática, realizamos una foto del mismo, con la cámara en un trípode y enfoque manual.

 

EL filtro a analizar lo coloco en la cámara no en la fuente de luz, de ese modo, siempre tengo visible el espectro óptico que me sirve de referencia.

 

Con la imagen en el PC realizo el calibrado a nivel de escalado de la imagen para adecuarlo a la "realidad".

Comparo el tono de un láser verde y uno rojo con los tonos de la imagen de ese modo, obtengo un trozo del espectro separado exactamente 650-532 nm, es decir, 118nm.

Este es mi punto de partida para el escalado del resultado...

 

EL soft esta preparado para cargar una imagen de 1000 pixeles de ancho, con idea de utilizarlo de 1 a 1000 nm...aunque, posteriormente, le di flexibilidad al eje de longitud de onda para tener mas precisión.

 

Localizo el espectro de tal modo que coincida la escala que pondré en el soft con la imagen de 100px de ancho...

 

Este es el procesado de calibración del espectro a nivel de identificación de tonos en la imagen...

 

Sustituyo los filtros en la cámara y realizo las fotos pertinentes con cada  uno de los filtros que quiero analizar de forma rápida y metódica, de este modo, el trabajo que realizo con el espectro visible puedo extrapolarlo al resto de tomas de la serie...

Para ello grabo el proceso de PS en un script y luego lo reproduzco en el resto de la tomas..

 

 

En el soft, tengo un calibrado de nivel, que me vuelve plana la respuesta de mi sensor, de modo que puedo analizar los valores de nivel obtenidos de forma absoluta al estar vinculado al rango dinámico de mi sensor...

Por decirlo de alguna manera, aplano la curva de mi sensor para que no afecte al valor medido (calibro mi sensor)

 

Estos datos se almacenan de nanómetro en nanómetro en un archivo de datos externo para poderlo cargar cuando me interese o generar informes con los datos...

 

Mas o menos este es el proceso que realizo...

Como puedes ver es mas o menos sencillo aunque requiere cierta disciplina para qeu los datos sean validos....

 

Naturalmente, el resultado es valido como experimento y mejorable, por supuesto, pero los pasos hay que darlos de uno en uno...aun queda mucho, muchísimo trabajo, pero pronto seré capaz de identificar la composición química de las estrella que veo, ademas de saber como funcionan mis filtros IR, claro...

 

Así que vuelva el sol por Zaragoza monto el tenderete y hago unas fotos para que las veas...

 

 

Un saludo

 

Fernando


Editado por FLA, 28 diciembre 2014 - 11:13 .


#6 Estorki

Estorki

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Escrito 01 enero 2015 - 06:34

Grande el aporte de este hilo Fernando :1ok: :1ok:



#7 Mamerto

Mamerto

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Escrito 09 enero 2015 - 23:44

Menudo curro te has pegado... gracias por compartir. un saludo



#8 FLA

FLA

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Escrito 13 enero 2015 - 23:35

Grande el aporte de este hilo Fernando :1ok: :1ok:

 

 

Menudo curro te has pegado... gracias por compartir. un saludo

 

Buenas...

 

Lo importante es aprender, colmar la curiosidad que es lo que nos distingue del resto de los animales, salvo del gato, claro....

 

Un saludo

 

Fernando



#9 Copacabana

Copacabana

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Escrito 23 enero 2015 - 20:26

Considero que independientemente de tu arte, oficio u profesión la docencia es tu vocación, no cualquiera sube este tema ya lo leí una vez pero me falta otra leída para entender a fondo, buen aporte

 

Saludos



#10 FLA

FLA

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Escrito 24 enero 2015 - 14:47

Considero que independientemente de tu arte, oficio u profesión la docencia es tu vocación, no cualquiera sube este tema ya lo leí una vez pero me falta otra leída para entender a fondo, buen aporte

 

Saludos

Buenas....Israel.....

 

Mi virtud es sin duda la paciencia....

 

TODO viene tarde o temprano si lo buscas......encontrarlo es un ejercicio de esperanza, tambien llamada paciencia, según quieras verlo.....

 

Por eso en mi firma pone que soy un hombre de fe...

 

Un saludo

 

Fernando