Detección de eventos rápidos con una cámara IR de bajo coste

Résumé

El trabajo realizado en esta tesis doctoral culmina la labor iniciada en el Centro de Investigación y Desarrollo de la Armada (CIDA) para diseñar un prototipo de cámara infrarroja de bajo coste basada en una matriz de plano focal (FPA) de 16x16 detectores de seleniuro de plomo (PbSe) sin refrigeración. El propósito de esta cámara fue demostrar la viabilidad tecnológica de la detección de blancos móviles en una secuencia de vídeo infrarrojo obtenida con una electrónica de bajo coste en la cual se prescinde del modulador mecánico de la radiación incidente así como de los sistemas de refrigeración y de control de la temperatura. La supresión de estos elementos conlleva una serie de retos tecnológicos que es necesario resolver. El primer problema que hay que abordar es el diseño de un esquema electrónico para extraer la señal generada por la radiación del blanco, con una amplitud mucho menor que la componente continua debida a la corriente de oscuridad del detector. Otro factor que dificulta la extracción fiable de la señal es la variación temporal de la radiación de la escena, que se manifiesta como una componente de baja frecuencia. Asimismo, la inestabilidad térmica de los detectores se traduce en oscilaciones lentas de gran amplitud. El ruido térmico es otra fuente de distorsión que limita la sensibilidad de la técnica de detección, con un nivel elevado debido al gran ancho de banda de una electrónica acoplada en continua. Con todos estos elementos, se aborda el problema de la detección de una señal de corta duración y de baja amplitud debida al blanco, que está corrompida por un alto nivel de ruido y una deriva lenta con un gran margen dinámico. En esta tesis se propone una técnica basada en la Descomposición en Modos Empírica (EMD). Para la evaluación de los métodos propuestos, se ha realizado un estudio comparativo con otras técnicas de detección, utilizando señales sintéticas y reales, comprobándose que dicho método ofrece mejores prestaciones. Por lo tanto, el trabajo desarrollado en esta tesis supone una contribución en las siguientes áreas: 1. El diseño de una cámara IR de bajo coste para la extracción de la señal de una FPA de detectores de PbSe. 2. La detección de blancos rápidos con baja relación señal a ruido, que se aborda mediante la propuesta de una técnica basada en el método EMD.