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http://inaoe.repositorioinstitucional.mx/jspui/handle/1009/2403| Three-dimensional hyperspectral camera based on near-infrared single-pixel imaging | |
| Carlos Alexander Osorio Quero | |
| DANIEL DURINI ROMERO | |
| Acceso Abierto | |
| Atribución-NoComercial-SinDerivadas | |
| Single-Pixel imaging Hyperspectral GPU Time-of-flight Signal processing Imaging fusion Fog Rainy RADAR 3D imaging 2D imaging | |
| This work presents the development of a multi-spectral vision system that combines different technologies detecting radiation in the visible spectrum (380-750 nm wavelengths), in the near-infrared NIR (1550 nm wavelengths), in the thermal spectrum band 1.4μm, and 77 GHz millimeter band. The main motivation of the this work is to propose a new hyperspectral approach to overcome the limitations present in commercial vision systems, such as the high amount of memory needed to generate images, the low quantum efficiency of silicon sensors, noise due to disturbance of the visible spectrum, limitations caused by foggy or low visibility conditions, and the difficulty to determine the depth information for objects in the image. Therefore, we propose a hybrid vision system that combines the capabilities offered by RADAR technology at the a range of tens or hundreds of meters, the ability to trace surfaces and operate under low visibility conditions, using a vision system based on single-pixel imaging (SPI) operating in the near-infrared NIR (@ 1550 nm) part of the spectra and Time-of-flight (ToF) based system using an InGaAs high quantum efficiency detector (QE(λ)>80 @ 1550 nm wavelength). Furthermore, SPI systems have a high intrinsic compression capacity at the hardware level, so less memory is needed for image generation, reaching PSNR values > 20 db (the PSNR level acceptable image quality in the industry is between 20 and 50 dB). Developing a system with these characteristics offers a high advantage for applications such as drones, autonomous vehicles, and other techniques that operate with 2D/3D vision or video systems. For the implementation of the system, a structured lighting SPI architecture was developed using an array of 8 x 8 NIR LEDs emitting radiation in the wavelength of 1550 nm that operates in combination with other technologies such as an 80 GHz millimeter band radar, a Time-of-flight system based on four pulsed lasers, a 32 x 24 thermal camera sensor, and a camera with northern vision capability. The developed vision system has an operating range of 37.5 mm to 5 m with a maximum spatial resolution of 10 mm in the distance range below 1 m. En el presente trabajo se presenta el desarrollo de un sistema de visión multi-espetral que combina diferentes tecnologías operando en el espectro de visible (380-750 nm de longitud de onda), en el cercano infrarrojo NIR (1550 nm de longitud de onda), en la banda del espectro térmico con 1.4μm de longitud de onda y en la banda milimétrica de 77 GHz, con el objetivo de mejorar las limitaciones presente en los sistemas de visión comercial ,tales como la alta cantidad de memoria necesaria para generar imágenes, la baja eficiencia cuántica de los sensores de silicio, ruido por perturbación del espectro visible, limitaciones bajo condiciones de niebla o poca visibilidad y la dificultad para determinar la profundidad de objetos en una imagen. Se plantea el desarrollo de un sistema de visión hibrido que combine las capacidades que ofrece la tecnología de radar al nivel de distancias de decenas o cientos de metros, capacidad para poder atravesar superficies y operar bajos condiciones de poca visibilidad, combinado con un sistema de visión basado en la creación de imágenes de un solo pixel (single-pixel imaging SPI) en el cercano infrarrojo NIR (@ 1550 nm) y un sistema de tiempo de vuelo (Time-of-flight ToF) usando solo detector InGaAs de alta eficiencia cuántica (QE(λ)>80). Los sistemas SPI presentan una alta capacidad de compresión intrínseca de información al nivel de hardware, por lo que se necesitan menos memoria para la generación de imágenes, alcanzando valores de PSNR > 20 db (el nivel de PSNR de calidad de una imagen aceptable en la industria se ubica entre 20 y 50 db). El desarrollar un sistema con estas características ofrece una ventaja importante para aplicaciones como drones, vehículos autónomos y otros sistemas que operen con sistemas de visión 2D/3D o video. Para la implementación del sistema se desarrolló una arquitectura SPI utilizando iluminación estructurada generada por un arreglo de 8x8 LED emitiendo radiación con una longitud de onda de 1550 nm que opera en combinación con otras tecnologías, tales como un radar en banda de milimétrica de 80 GHz, un sistema Time-of-flight, un sensor de cámara térmica de 32 x 24 pixels y cámara con capacidad de visión nocturna. El sistema de visión desarrollado alcanza un rango de operación de entre 37.5 mm y 5 m con una resolución de 10 mm para distancia por debajo de 1 metro. | |
| Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica | |
| 2022-09 | |
| Tesis de doctorado | |
| Inglés | |
| Estudiantes Investigadores Público en general | |
| Osorio Quero, Carlos Alexander, (2022), Three-dimensional hyperspectral camera based on near-infrared single-pixel imaging, Tesis de Doctorado, Instituto Nacional de Astrofísica, Óptica y Electrónica. | |
| ELECTRÓNICA | |
| Versión aceptada | |
| acceptedVersion - Versión aceptada | |
| Aparece en las colecciones: | Doctorado en Electrónica |
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