TITULO: Procesamiento de imgenes

ESTUDIANTE: Montejo Garca, Karold Ragner

PROGRAMA ACADEMICO: Ingeniera Mecnico Elctrica

PERIODO DE TRABAJO: del 01/04/2015 hasta el 30/05/2015

EMPRESA: Universidad de Piura

TUTOR: Dr. William Ipanaqu Alama

CURSO: PPP

RESUMENRealic mis prcticas preprofesionales en la Universidad de Piura. Desarroll stas en el Laboratorio de Automatizacin y Control cuyo director es el Dr. William Ipanaqu Alama.Universidad de Piura ofrece una educacin de calidad, impulsa a la investigacin y forma capaces de transformar la humanidad. Adems, se proyecta a ser una universidad de primer nivel formando a profesionales que se caractericen por su calidad humana y competitividad, convertidas en un trabajo tico y rectitud de vida.El trabajo asignado por el director del laboratorio, Dr. William Ipanaqu Alama, fue apoyar a la investigacin relacionada con el Procesamiento de Imgenes, redactar informes del avance de la investigacin y participar de reuniones con el grupo de investigacin. El trabajo fue realizado en una mesa de trabajo integrada por dos tesistas, la encargada de la acreditacin y mi persona, as tambin las reuniones en el saln de exposiciones y recepciones.

Introduccin

En todos los casos, las imgenes hiperespectrales nos brindan informacin tanto espacial como espectral. Esto es mediante la combinacin y unificacin de dos tecnologas, la deteccin ptica de imgenes y la espectroscopa. De este modo, las imgenes hiperespectrales tienen la competencia para controlar y supervisar propiedades fsicas, morfolgicas e informacin ntima qumica y molecular de un producto alimenticio con la finalidad de analizar su calidad, seguridad y evaluacin.En el mercado actual, son exigidos y esperados productos alimenticios de gran calidad y seguridad, que llevan a la introduccin de la reglamentacin para la seguridad e inspeccin alimentaria. Por ello, es preciso gestionar y desarrollar sistemas de inspeccin de calidad durante todo el proceso de los alimentos para certificar la produccin inequvoca durante las operaciones de procesamiento y el rotulado correcto de productos que dependen de la calidad, seguridad, autenticidad y conformidad.En la actualidad, la supervisin con la vista humana es an ampliamente usada, sin embargo no es eficiente puesto que tarda mucho tiempo, da mucho trabajo, es molestosa e inconsistente. Habitualmente, los mtodos instrumentales ms usados son analticos-qumicos, espectrometra de masas (MS) y cromatografa lquida de gran rendimiento o alta resolucin (HPLC). Estos mtodos presenta varias desventajas y limitaciones tales como ser destructivo y perjudicial, lleva tiempo, incompetencia para manipular gran nmero de muestras y en algunas ocasiones grandes tiempos de preparacin de la muestra. En consecuencia, es fundamental aplicar opciones precisas, probos, eficaces y no invasivas para evaluar las propiedades relacionadas con la calidad de los productos alimenticios.Recientemente, la tecnologa de deteccin visual ha sido explorada como herramienta con capacidad para realizar anlisis no destructivos y evaluar la calidad y seguridad alimentaria. Adems, mediante la combinacin y unificacin de tcnicas de imgenes y espectroscopa dentro de un sistema, las imgenes hiperespectrales han sido examinadas y han ido evolucionando, que en muchas aplicaciones manifiestan xito.

Relacin entre espectroscopa, exploracin de imgenes e imgenes hiperespectrales

Tcnicas visuales que no son de contacto como espectroscopa y exploracin de imgenes poseen altas ventajas para la inspeccin en lnea de productos alimenticios para garantizar su calidad y seguridad. La espectroscopa determina la calidad imprescindible de los productos basada en la medicin de las propiedades visuales. Sin embrago, esta tcnica no da informacin sobre distribucin espacial de los atributos en los productos sino que stos limitan esta aplicacin para cuantificar la distribucin relacionada al espacio y la estructura relacionada a los atributos. Por otro lado, se pueden alcanzar mediciones de las caractersticas externas de los productos mediante sistemas de visin por computador. Empero, debido a que operan a longitudes de onda en forma monocromtica o a color, el sistema de visin por computador es incapaz de inspeccionar muestras en colores semejantes, clasificar objetos complejos, revelar componentes qumicos y en descubrir defectos invisibles.Integrando las ventajas importantes de espectroscopa y exploracin de imgenes, las tecnologas de imgenes hiperespectrales pueden obtener simultneamente informacin espacial y espectral que es esencial para la prediccin de la calidad de los productos alimenticios. Estas tecnologas pueden ser atribuidas para la prediccin cuantitativa de las propiedades fsico-qumicas y su distribucin espacial heredadas de las muestras. Si una medida espectral convencional responde a la pregunta de qu y una imagen convencional responde a la pregunta de dnde, entonces las imgenes hiperespectrales responden a la pregunta de dnde es qu. La tabla 1 muestra las principales diferencias entre espectroscopa, exploracin de imgenes y tcnicas de imgenes hiperespectrales.Tabla 1. Principales diferencias entre imgenes, espectroscopa y tcnicas de imgenes hiperespectrales.

Principios de imgenes hiperespectrales

Es necesario tener unos conocimientos adecuados de principios de imgenes hiperespectrales para la utilizacin de esta tecnologa.Clases de imgenes hiperespectrales

Un sistema de imgenes hiperespectrales elabora un montn de imgenes del mismo propsito en diferentes bandas de longitud de onda espectral. Existen tres clases importantes en el campo de imgenes espectrales, las cuales son imgenes multiespectrales, hiperespectrales y ultraespectrales. La primordial diferencia es el nmero de imgenes dentro del cubo espectral. Los sistemas de imgenes hiperespectrales alcanzan imgenes con una cantidad de longitudes de onda contiguas (normalmente menor que 10m). Usualmente hay cientos de imgenes, las cuales hacen que todos los pxeles en las imgenes hiperespectrales tengan su propio espectro sobre un rango de longitud de onda contigua. A diferencia de imgenes hiperespectrales, los sistemas de imgenes multiespectrales no pueden ofrecer un espectro real en cada pixel de la imagen. Las imgenes multiespectrales usualmente tienen menor que 10 bandas espectrales, y otros poseen docenas. Por eso, la resolucin espectral de sistemas de imgenes multiespectrales usualmente es mayor que 10 m. Adems de usar filtros pasabanda, la cmara 3CCD (dispositivos de carga acoplada) tambin se utiliza normalmente para obtener imgenes multiespectrales. La cmara 3CCD posee tres sensores de imgenes discretas y un prisma divisor de haz dicroico que fracciona la luz en tres bandas espectrales. Aunque la resolucin espectral de imgenes multiespectrales es inferior que la resolucin espectral de imgenes hiperespectrales, su velocidad de adquisicin es rpida. La velocidad de captacin de la cmara 3CCD es generalmente docenas de fotogramas por segundo, mientras para medir una imagen hiperespectral esto toma varios segundos.No existe una comparacin cuantitativa entre imgenes hiperespectrales y ultraespectrales. Por lo general, se concibe que los sistemas de imgenes ultraespectrales suelan tener una resolucin espectral muy fina.

El cubo hiperespectral

Una imagen hiperespectral posee un cubo tridimensional hiperespectral que puede ser llamado hipercubo, cubo espectral, volumen espectral, cubo de datos o volumen de datos. Este cubo est conformado por elementos de volumen (voxels: tambin llamado vector de pxeles) conteniendo informacin espectral (de longitudes de onda ) e informacin espacial bidimensional (de x filas e y columnas). Como ejemplo, el cubo hiperespectral de un filete de pescado obtenido usando el modo de reflectancia ilustrado en la figura 1a.

Fig. 1. Diagrama esquemtico de una imagen hiperespectral para un trozo de filete de pescado.

Cada subimagen brinda la distribucin espacial de la intensidad espectral a tal longitud de onda. Esto quiere decir que una imagen hiperespectral descrita como I (x, y, ) puede ser vista como una imagen espacial separada I (x, y) en cada longitud de onda individual (), o como un espectro I () en cada pixel individual (x, y). De primera vista, cualquier imagen espacial dentro de la gama espectral del sistema puede ser recogida del cubo hiperespectral en una cierta longitud de onda dentro de la sensibilidad de longitud de onda (Fig. 1.b). La imagen a escala de grises presenta la diferente intensidad espectral de la imagen proyectada en una cierta longitud de onda debido a la distribucin de sus componentes qumicos correspondientes. Por ejemplo, una imagen dentro del hipercubo en una sola banda de frecuencias centrada a 980 nm con ancho de banda de 5 nm (Fig. 1.b) relativamente puede revelar la informacin de la distribucin de la humedad en el filete de pescado, que es dificultoso de examinar en la imagen RGB (Fig. 1.c). Los pxeles con alto contenido de humedad mostrados en esta imagen como las partes ms oscuras de una absorcin de agua de extensin O-H de segundos armnicos estn alrededor de 980 nm. Desde el segundo punto de vista, el espectro resultante de una cierta posicin dentro de la muestra puede ser apreciado como su propia y nica huella digital espectral de dicho pxel para caracterizar la constitucin de dicho pxel en particular (Fig. 1.d).

Adquisicin de imgenes hiperespectrales

Hay cuatro perspectivas para adquirir cubos de imgenes hiperespectrales tridimensionales (I(x, y, )), que son exploracin de punto, exploracin de lnea, exploracin de rea, y el mtodo de un solo disparo como se ilustra en la mitad superior de la Fig. 2.

Fig. 2. Enfoques de la adquisicin de imgenes hiperespectrales (las direcciones de exploracin son mostradas mediante flechas, y las zonas grises muestran siempre los datos adquiridos) y los modos de deteccin de imagen.

En el mtodo de exploracin de punto (tambin conocido como whiskbroom method o mtodo de la escobilla), un nico punto es explorado en un pxel para mejorar el espectro de este punto (Fig. 2.a), y otros puntos son explorados moviendo el detector o la muestra a lo largo de dos dimensiones espaciales (x e y). Su cubo hiperespectral conseguido se guarda en el formato de banda intercalada por pxel (BIP). Para una imagen almacenada en formato BIP, el primer pxel para todas las bandas est en orden secuencial, seguido por el segundo pxel para todas las bandas, seguido por el tercer pxel para todas las bandas, etc., intercalada hasta el nmero de pxeles. Este formato es excelente para acceder la informacin espectral de cada pxel. Las desventajas de whiskbroom son: toman mucho tiempo para posicionamiento de la muestra y necesitan un equipo avanzado para reposicionamiento para garantizar la repetibilidad.

La segunda perspectiva ilustrada en Fig. 2.b es la llamada mtodo de exploracin en lnea (conocido como pushbroom o empuje escoba), el cual graba simultneamente una lnea entera de una imagen y los datos espectrales correspondiente a cada pxel espacial en la lnea. Un cubo hiperespectral completo puede ser alcanzado porque la lnea se explora a lo largo de la direccin de la dimensin x (Fig. 2.b), y el cubo alcanzado es grabado en la configuracin de banda intercalada por lnea (BIL). Esta configuracin es un esquema para grabar los valores de pxel de una imagen en un archivo banda por banda por cada lnea, o fila, de la imagen. Debido a sus peculiaridades de exploracin continua en una direccin, la exploracin en lnea es exclusivamente conveniente en sistemas de cintas transportadoras que son comnmente utilizadas en lneas de procesos de alimentos.

Por lo tanto, la exploracin en lnea es el mtodo ms conocido de obtencin de imgenes hiperespectrales para la calidad de los alimentos e inspeccin de seguridad. La desventaja del mtodo pushbroom es que el tiempo de exposicin puede ser ajustado a un solo valor para todas las longitudes de onda. Tal tiempo de exposicin tiene que ser bastante corto para evitar la saturacin del espectro a cualquier longitud de onda, que dan como resultado exposicin deficiente de otras bandas espectrales y baja precisin de su medida espectral.

Los mtodos de exploracin de punto y lnea son mtodos de exploracin espaciales, mientras que el mtodo de exploracin de rea (tambin conocido como mtodo secuencial de banda o exploracin de longitud de onda) es un mtodo de exploracin espectral como se ilustra en la Fig. 2.c. Esta perspectiva conserva el campo de la imagen de vista fija y obtiene una imagen moncroma 2D con toda la informacin espacial (x, y) en una nica longitud de onda en el tiempo. Tal exploracin se repite en toda la gama de longitud de onda, los resultados en un montn de imgenes de banda nica guardados en el formato de banda secuencial (BQS). BQS es de formato muy simple, codifica cada lnea de la imagen a la primera banda y es seguida inmediatamente por la prxima lnea en la misma banda espectral, seguida por la segunda banda para todas las lneas , seguida por la tercera banda para todas las lneas, etc., intercalada hasta en nmero de bandas. Dicho formato ofrece un fcil acceso del acceso espacial (x, y) de una nica banda espectral. Como el detector est comprometido siempre a una nica longitud de onda, un tiempo adecuado de exposicin puede ser establecido para cada longitud de onda. Asimismo, el rea explorada no necesita moverse (de la muestra o el detector) y es adecuado para las aplicaciones donde el objeto debera ser estacionario por algn tiempo, como por ejemplo la excitacin-emisin en imgenes de fluorescencia. Una desventaja del mtodo de exploracin de rea es que no es adecuada para una muestra mvil o la inspeccin de la entrega en tiempo real.

Finalmente, el mtodo de un solo disparo graba informacin espacial y espectral usando un detector de gran rea con una exposicin para capturar las imgenes (Fig. 2.d), haciendo esto fascinante cuando se pide rpidamente imgenes hiperespectrales. Empero, esto est aun en la etapa de desarrollo inicial y tiene resoluciones limitadas para la dimensin espacial y rangos ajustados de dimensin espectral.

Modo de deteccin de imgenes

Existen tres modos de deteccin para imgenes hiperespectrales: reflectancia, transmitancia e interactancia como se ilustra en Fig. 2. El posicionamiento de la fuente de luz y el detector visual (cmara, espectrgrafo y lente) son distintos para cada modo de adquisicin.

En el modo de reflectancia, el detector de captura de luz reflejada de la muestra iluminada en una especfica configuracin es ubicado para evitar reflexin especular o de espejo (Fig. 2.e). Las caractersticas externas de calidad son tpicamente detectadas usando el modelo de reflectancia, tales como tamao, forma, color, textura superficial y defectos externos.

En el modo de transmitancia, el detector es situado en el lado opuesto de la fuente de luz (Fig. 2.f), y capta la luz transmitida a travs de la muestra que lleva informacin interna muy valiosa pero es a menudo muy dbil o suave. Este modo generalmente es usado para especificar la concentracin de componentes internos y detecta los defectos internos de materiales transparentes relativos tales como pescados, frutas y verduras. Empero, este modo tiene una bajo nivel de seal de atenuacin de luz y est afectada por el espesor de la muestra.

En el modo de interactancia, la fuente de luz y el detector estn situados en el mismo lado de la muestra y paralelo entre s (Fig. 2.g). Sobre la base de tal configuracin, el modo de interactancia puede detectar informacin profunda en la muestra y tiene menos alteraciones de superficie comparado con el modo de reflectancia. Mientras tanto, el modo de interactancia reduce la influencia del espesor, que es una ventaja prctica sobre la transmisin. Es notorio, que una configuracin especial es requerida en el modo de transmitancia para sellar la luz con el fin de prevenir la reflexin especular introduciendo directamente el detector.

Instrumentos o elementos de imgenes hiperespectrales

Es bsica e importante la instrumentacin de las imgenes hiperespectrales para obtener imgenes hiperespectrales fiables y con alta calidad. La seleccin de elementos de los instrumentos y el diseo de su configuracin y calibracin solicitan una buena comprensin de la configuracin y calibracin de sistemas de imgenes hiperespectrales.

Fuentes de luz

Las fuentes de luz difunden la luz como portador de informacin para excitar o iluminar el objetivo y son una parte fundamental de los sistemas de inspeccin visual. Las fuentes tpicas de luz usadas son lmparas de halgenos, diodos emisores de luz, lser y fuentes de luz sintonizable.

4.1.1 Las lmparas de halgeno Las lmparas de halgeno son una fuente de iluminacin de banda ancha y tambin comnmente usada para la iluminacin de regiones espectrales visibles (VIS) y cercana al infrarrojo (NIR). Tradicionalmente, en una bombilla de vidrio de cuarzo llena con gas halgeno tal como yodo o bromo, un filamento de lmpara hecho de alambre de tungsteno es situado. La luz de salida es ocasionada de la emisin incandescente cuando el filamento tiene una alta temperatura. La luz es un espectro continuo liso en la gama de longitud de onda desde el espectro visible hasta el infrarrojo sin picos elevados. El trabajo con lmparas halgenas de bajo voltaje, son considerados como una fuente de iluminacin que sirve para todo. Las lmparas de halgeno de tungsteno han sido usadas como unidades de iluminacin en mediciones de reflectancia hiperespectral. En mediciones de transmitancia hiperespectral, las lmparas de halgeno con alta intensidad tambin han sido utilizadas para detectar informacin ntima de los alimentos. Las desventajas de lmparas de halgeno son tiempo de vida relativamente cortos, calor de salida elevado, desplazamiento del pico espectral debido al cambio de temperatura, salidas inestables debido a las fluctuaciones de voltaje de operacin y sensibilidad a la vibracin.

4.1.2 Diodos emisores de luz o LEDs

Un led es una fuente de luz de semiconductores, que se ha desarrollado rpidamente debido a sus ventajas de pequeo tamao, bajo costo, respuesta rpida, largo tiempo de vida, baja frecuencia de sustitucin de la bombilla, baja generacin de calor, bajo consumo de energa, robustez, fresco al tacto sin preocupacin a la quemadura e insensibilidad a la vibracin. Los LED son fuentes de estado slido sin el uso de un filamento durante la emisin incandescente. Estos emiten luz cuando un semiconductor esta electrificado y empieza a ser usado como pequeos indicadores de luz en paneles de instrumentos. Dependiendo de los materiales utilizados para la unin p-n, los LED pueden originar no slo la luz de banda estrecha a diferentes longitudes de onda de luz ultravioleta, visible o regin infrarroja, sino tambin luz blanca de banda ancha de alta intensidad. Debido a la capacidad de la distribucin direccional, los LED son buenos en localizar iluminacin puntual. Todos los fotones pueden ser transmitidos mediante LEDs en una direccin sin perder energa. Segn las diferentes solicitudes de iluminacin, los LED pueden ser ensamblados en diferentes disposiciones tales como puntos, lneas y anillos de luz. Debido a sus ventajas mencionadas anteriormente, las luces de los LED han empezado a convertirse en unidades de los sistemas de imgenes hiperespectrales en la aplicacin de inspeccin de alimentos. Las desventajas de los LED son: sensibilidad para amplias variaciones de voltaje y temperatura de la unin, bajas intensidades de luz en comparacin con las luces halgenas, y la generacin de luz granulada cuando son utilizados mltiples LEDs en los bulbos. Actualmente, la gama de longitud de onda de los LEDs es esencialmente desde la radiacin ultravioleta hasta el infrarrojo cercano de onda corta, mientras algunos LEDs emiten luz desde el infrarrojo cercano de onda larga hasta la regin del infrarrojo medio. Sobre la base del adelanto de nuevos materiales y la electrnica, la tecnologa LED est an en marcha y se transformar en la corriente principal de fuentes de luz.

4.1.3 Los lseres

Los lseres son fuentes de luz direccionales monocromticas ampliamente usadas como fuentes de excitacin en la aplicacin de fluorescencia y las mediciones Raman. Los lseres producen luz en el camino de la emisin estimulada. Hay tres componentes bsicos de un lser: una cavidad ptica resonante, un lser de ganancia media, y una fuente de bombeo para excitar las partculas en la ganancia media. La monocromaticidad, la direccionalidad y la coherencia son las tres nicas propiedades de los lseres. Cuando un alimento est excitado mediante un haz monocromtico de luz con una alta energa, los electrones en las molculas de ciertos componentes de los alimentos estarn excitados para emitir luz de una energa ms baja en una amplia gama de longitud de onda, resultante en la emisin de fluorescencia o la dispersin de Raman. Las imgenes de fluorescencia e imgenes de Raman son tcnicas sensibles pticas que llevan datos de la composicin a nivel de pxel y pueden detectar cambios delicados de la calidad de los alimentos.

Actualmente, los lseres son utilizados como fuente de excitacin en las aplicaciones de imgenes hiperespectrales de fluorescencia e imgenes de Raman para la inspeccin de la calidad de los alimentos. Igualmente, los LED son tambin usados como fuente de excitacin de medicin de fluorescencia para la inspeccin de la calidad de los alimentos debido a su capacidad para producir luz pulsada de banda estrecha, aunque la luz generada a partir de los lseres tienes mayores intensidades y anchos de banda ms estrechos que la de los LED.

4.1.4 Fuentes de luz sintonizables

Existe un enfoque equivalente que combina la iluminacin de banda ancha y el dispositivo de dispersin de longitud de onda, que es llamado fuente de luz sintonizable. Las fuentes de luz sintonizables admiten directamente la exploracin de la zona para obtener informacin espacial y espectral de la muestra, para ajustar el dispositivo de dispersin de longitud de onda en la trayectoria de la luz de iluminacin en vez de la trayectoria de la luz de imagen. Debido a que slo la luz de banda estrecha es incidente sobre el objeto en un momento, la intensidad de las fuentes de luz sintonizables es relativamente dbil, que puede reducir la alta irradiacin y el dao por calor de la muestra. Actualmente, las fuentes de luz sintonizables son utilizadas para inspeccionar documentos histricos que requieren iluminacin dbil para la proteccin de la muestra. Tambin son principalmente usadas para la exploracin de rea y no son eficientes para exploracin de punto y de lnea. Por lo tanto, las fuentes de luz sintonizables prcticamente no son apropiadas para sistemas de cinta transportadora.

4.2 Dispositivos de dispersin de longitud de onda

Son importantes para los sistemas de imgenes hiperespectrales usando iluminacin de banda ancha de fuentes de luz. Tienen la funcin de de dispersar la luz de banda ancha dentro de las diferentes longitudes de onda. Los ejemplos tradicionales son ruedas de filtros, espectrgrafos de imgenes, filtros sintonizables acstico-pticos, filtros sintonizables de cristal lquido, espectrmetros de imgenes de transformada de Fourier y cmaras de un solo tiro.

4.2.1 Las ruedas de filtros

Una rueda de filtro que lleva un conjunto de filtros pasabandas discretos es el dispositivo ms bsico y simple para la dispersin de longitud de onda. Los filtros pasabandas transmiten la luz a una longitud de onda eficientemente particular mientras que elimina la luz en otras longitudes de onda.

Hay una amplia gama de filtros de longitud de onda ultravioleta, visible a la longitud de onda del infrarrojo cercano con varias especificaciones disponibles comercialmente para satisfacer las diferentes requerimientos. Las limitaciones de las ruedas de filtros son: vibraciones mecnicas de piezas mviles, la conmutacin de longitud de onda lenta y la imagen inigualable debido al movimiento del filtro.

4.2.2 Los espectrgrafos de imgenes

Un espectrgrafo de imgenes, que generalmente opera en el modo de exploracin de lnea, tiene la capacidad para dispersar instantneamente la luz incidente de banda ancha en las diferentes longitudes de onda y para originar un espectro para cada punto de la lnea explorada sin el uso de piezas mviles. Las rejillas de difraccin son generalmente usadas en espectrgrafos de imgenes para la dispersin de la longitud de onda. Una red o rejilla de difraccin est reflejando o transmitiendo una coleccin de elementos igualmente espaciados separados uno de otro por una distancia que est en el orden de la longitud de onda de la luz que est siendo estudiada.

Tras la difraccin, una onda electromagntica incidente sobre una rejilla tendr su amplitud de campo elctrico, o fase, o ambos, modificada de una manera pronosticada. Hay dos formas principales de espectrgrafos de imgenes: rejillas de reflexin (una rejilla superpuesta sobre una superficie reflexiva o reflectante) y rejillas de transmisin (una rejilla superpuesta sobre una superficie transparente).

En el espectrgrafo de imgenes que utilizan una rejilla de transmisin, un prisma rejilla prisma (PGP) se utiliza generalmente. Despus de encantado a travs de la rendija de entrada del espectrgrafo, el haz entrante es paralelo por el lente delantero y luego es dispersado en el componente PGP en diferentes longitudes de onda en una forma de transmisin. Finalmente, la luz dispersada es proyectada en un detector de rea a travs de la lente del fondo para generar una matriz bidimensional, donde una dimensin representa un espectro continuo y el otro informacin espacial. Las rejillas de transmisin son casi independientes de la polarizacin y pueden ser fcilmente montadas en el lente y en el detector de rea para formar una cmara de imagen hiperespectral pushbroom o escner empuje escoba. Empero, las rejillas de transmisin estn limitadas por las propiedades del sustrato de la rejilla, y no puede operar a mayores ngulos de difraccin como una rejilla de reflexin.

Otra forma principal de espectrgrafos de imgenes que utilizan una rejilla de reflexin, que incluye generalmente una rendija de entrada, dos espejos esfricos concntricos y una rejilla de reflexin convexa de irregularidad corregida y un detector. Despus de encantado a travs de la rendija de entrada, la luz de entrada es reflejada por uno de los espejos a la rejilla de reflexin, que tiene la funcin de dispersar el haz incidente de manera que la direccin de la luz de propagacin depende de su longitud de onda. La luz dispersada es luego reflejada por el otro espejo al detector, donde un espectro continuo es recibido a diferentes pxeles. Se piensa que esta configuracin ofrece varias ventajas como alta calidad de imagen, libre de irregularidades de alto orden, baja distorsin, bajo nmero f y tamao de campo grande. Los efectos de polarizacin del espectrgrafo reflexivo dependen de la configuracin y son generalmente menos del 50%. Adems, las eficiencias de los componentes pticos reflectantes (ej.: espejos), son usualmente ms altos que los componentes de transmisin (ej.: prismas).

Por lo tanto, los espectrgrafos de imagenes con rejillas de reflexin pueden proporcionar una alta relacin seal-ruido (SNR) y es ideal para las condiciones medidas de poca luz como imgenes de fluorescencia e imgenes Raman. Una principal desventaja de la rejilla de reflexin es que ellos son necesarios para usar modos costosos para corregir intrnsecamente las distorsiones provocadas, mientras las rejillas de transmisin usan la ptica sobre el eje que tienen automticamente menos irregularidades.

4.2.3 Los filtros sintonizables

El filtro sintonizable acstico ptico (AOTF) y el filtro sintonizable de cristal lquido (LCTF) son filtros pasabanda ajustables electrnicamente. Mediante el uso de interacciones acstico pticos en un cristal, el AOTF puede aislar la luz a una sola longitud de onda de una fuente de banda ancha travs de un campo acstico aplicado.

Un filtro sintonizable de cristal lquido tiene electrnicamente controlado celdas de cristal lquido insertadas entre dos polarizadores paralelos para transmitir la luz con una longitud de onda especfica mientras la energa de la luz fuera de la banda de paso es rechazada. Similar al filtro pasabanda, los filtros sintonizables slo dispersan la luz en una longitud de onda particular en un momento.

A diferencia de los filtros de interferencia fijos, los filtros sintonizables electrnicamente como AOTFs y LCTFs pueden ser flexiblemente controlados por diferentes longitudes de onda por variacin de frecuencia de las frecuencias de radio usando un ordenador. Los filtros sintonizables tienen moderada resolucin espectral (alrededor de 5-20 m) y amplia gama de longitud de onda (alrededor 400-2500 m). Adems, debido que los filtros sintonizables no tienen piezas mviles, ellos no tienen problema de limitacin de velocidad, vibraciones mecnicas e imgenes de registro defectuoso, que son restricciones del filtro de ruedas giratorias.

En comparacin con los AOFT, los LCTF toman tiempo de respuesta muy largo para conmutar de una longitud de onda a otra (milisegundos versus microsegundos), pero tienen mejor calidad de imagen. Tambin, los AOFT requieren diseo ptico ms riguroso que los LCTF. Las deficiencias de los filtros sintonizables incluyen un alto nmero F que conduce a un ngulo de coleccin de luz pequeo y una baja eficiencia de coleccin de luz, las necesidades de luz incidente polarizadas linealmente que pueden causar 50% de prdida de luz, y una larga exposicin en el tiempo de espectrgrafos de imgenes en condiciones similares de iluminacin.

En la investigacin de la calidad alimenticia y la inspeccin de la seguridad, los sistemas de imgenes hiperespectrales basados en LCTF han sido usados para detectar cebollas agrias de piel infectada, prediccin de la dureza de las manzanas y la clasificacin de trigo. Los AOTF tambin han empezado a ser usados en anlisis de alimentos.

4.2.4 Los espectrmetros de imgenes de Transformada de Fourier

Los espectrmetros de imgenes de Transformada de Fourier emplea un interfermetro para autointerferir una luz de banda ancha, que resulta en un interferograma que contiene sus datos espectrales. El interferograma generado es luego calculado por una transformada de Fourier inversa para resolver la constitucin de frecuencias (o longitudes de onda) de la luz de banda ancha. Michelson y Sagnac son dos principales diseos de interfermetros para espectrmetros de imagen de transformada de Fourier actual.

Ambos diseos tienen un divisor de haz y dos espejos planos. La diferencia de los dos diseos es que un espejo y el haz divisor son fijos en el interfermetro de Michelson, mientras que el otro espejo se mueve para introducir diferencia de trayectoria ptica para generar el interferograma. En el interfermetro de Sagnac, dos espejos son fijos y el divisor de haz puede ser ligeramente rotado para crear las franjas de interferencias. Adems, dos espejos en el interfermetro de Michelson son perpendiculares entre s, mientras que en el espectrmetro de Sagnac los dos espejos no son perpendiculares pero tienen un ngulo fijo (