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O que é luz difusa?
Definição de luz difusa
A luz difusa é qualquer radiação eletromagnética indesejada que interfere no desempenho das funções pretendidas de um sistema óptico. A luz difusa indesejada pode ocorrer tanto em sistemas de imagem quanto em sistemas de projeção, embora seja geralmente mais crítico controlá-la nos primeiros. A luz difusa pode ter origem no objeto que o sistema óptico está captando, em emissores externos não intencionais ou, no caso de sistemas sensíveis ao infravermelho, pode ter origem em elementos do próprio sistema que emitem luz devido ao seu próprio calor.
Exemplos de luz difusa incluem:
- Reflexos de luz nas superfícies de montagem mecânica no interior do sistema óptico
- Luz entrando por uma fresta na caixa do sistema
- A difusão da luz causada pelo pó e outras imperfeições nas superfícies ópticas do sistema
- O brilho do céu, causado pelo reflexo das luzes urbanas na atmosfera e que afeta a astronomia terrestre
- O Sol, a Terra e a Lua, que podem afetar os telescópios em órbita
Índice
Dois tipos de luz difusa
A luz difusa pode ser classificada em dois tipos distintos: fantasmas e reflexos ou ofuscamento difuso.
O efeito fantasma ocorre em sistemas de imagem quando a luz proveniente de uma fonte no campo da imagem sofre dois ou mais reflexos indesejados e, em seguida, incide sobre o dispositivo de imagem, criando uma imagem fantasma indesejada. No caso das câmeras digitais, uma das fontes mais comuns de imagens fantasmas é a luz que se reflete no dispositivo de imagem de volta para o sistema óptico e, em seguida, reflete na superfície de uma lente, formando uma imagem secundária.
O reflexo, ou ofuscamento difuso, geralmente ocorre quando a luz se dispersa dentro do sistema óptico, seja devido a imperfeições nas superfícies ópticas, seja devido a elementos mecânicos do sistema. O ofuscamento difuso também pode ser causado pelo reflexo atmosférico da luz, como no caso da neblina ou do brilho do céu.
- Resultam de reflexos não intencionais entre superfícies de imagem
- Resultado de ordens difrativas superiores ou não bloqueadas geradas por redes difrações
- Formação por meio de imagens secundárias de superfícies de dispersão brilhantes
Reflexo ou ofuscamento difuso:
- Introduza a imagem proveniente de fontes fora do campo do sistema óptico
- Provêm de fontes luminosas dentro do campo de visão ou da emissão térmica de superfícies quentes
- Ocorre quando a luz se dispersa dentro do sistema óptico
Figura 1. Exemplo de imagem fantasma : foto tirada com a câmera de um celular que mostra claramente três imagens fantasmas nítidas das chamas da vela. Há também uma quarta imagem fantasma alongada, centrada na imagem fantasma nítida do meio.
Por que é importante identificar a luz difusa em um projeto?
A luz difusa pode reduzir o contraste de uma imagem ao introduzir luz indesejada nela. Por exemplo, a luz difusa pode:
- Reduzir a sensibilidade dos sistemas de detecção.
- Criar imagens de baixa qualidade em sistemas de imagem comerciais.
- Provocam pontos brilhantes indesejados no padrão do feixe de luz dos sistemas de projeção.
Como o software ajuda a detectar luz difusa?
A luz difusa pode reduzir o contraste de uma imagem ao introduzir luz indesejada nela. Por exemplo, a luz difusa pode:
- Reduzir a sensibilidade dos sistemas de detecção.
- Criar imagens de baixa qualidade em sistemas de imagem comerciais.
- Provocam pontos brilhantes indesejados no padrão do feixe de luz dos sistemas de projeção.
Figura 2. Exemplo de imagem fantasma: um traçado sequencial de raios de um único caminho de imagem fantasma. A luz proveniente de um objeto no campo de visão passa pela lente e forma uma imagem no detector à direita. Parte da luz é então refletida pelo detector de volta para a lente. Uma das superfícies da lente reflete a luz de volta para o detector em um local diferente. Essa imagem fantasma é interessante porque a luz fantasma está quase focada no detector, o que resultará em uma imagem fantasma muito mais brilhante do que se a luz estivesse espalhada por uma área maior.
O brilho pode entrar no sistema óptico por meio de diversos caminhos ópticos, muitas vezes inesperados. É possível utilizar um software de Monte Carlo para investigar essas contribuições. Os métodos de força bruta geram aleatoriamente muitos raios e analisam como a energia é distribuída pelo modelo. Os métodos de redução de variância conseguem identificar com eficiência as contribuições provenientes de caminhos que incluem eventos de baixa probabilidade, como a dispersão em ângulos elevados.
Figura 3. Exemplo de luz indesejada : a luz proveniente de um objeto no campo de visão se espalha pela montagem da lente e, em seguida, é refletida pela superfície da lente em direção ao detector.
Abordagens computacionais para a simulação de luz difusa
A análise e o controle da luz difusa, composta por imagens fantasmas e reflexos, constituem uma tarefa importante, mas complexa, no projeto de sistemas de imagem. As imagens fantasmas surgem de reflexões múltiplas nas superfícies do caminho óptico principal. As imagens fantasmas que incidem no plano da imagem no foco ou próximo a ele são motivo de preocupação específica — o reflexo pode surgir da luz refletida nas montagens das lentes, em superfícies não ópticas das lentes (como partes planas e bordas) e do próprio detector, reimaginada de volta para o detector. A difração da microestrutura do detector também pode complicar o processo de modelagem da luz refletida pelo detector.
Utilização de software para modelar a luz difusa
Modelagem e otimização de projetos de sistemas de iluminação
Para o projeto de iluminação geral, painéis retroiluminados, LEDs e iluminação interna de veículos, o software de projeto de iluminação LightTools modela e otimiza projetos de sistemas de iluminação. O LightTools oferece aprimoramentos na análise de luz difusa que ampliam os recursos de projeto, a confiabilidade e a precisão do software, líderes no setor.
Figura 4. Exemplo do Ray History Sensor: reconstrução de raios a partir de um sensor de superfície em um projeto de iluminação de borda.
Modelagem e simulação de projetos de iluminação automotiva
Para a modelagem do projeto e a simulação em tempo real da iluminação dianteira, traseira e de sinalização de veículos automotores, o software LucidShape oferece um conjunto completo de ferramentas de projeto, simulação e análise.
Modelar, analisar e otimizar sistemas ópticos
No que diz respeito a softwares para modelagem de sistemas de imagem ou de telecomunicações em espaço livre, o CODE V é um software de projeto assistido por computador utilizado para modelar, analisar, otimizar e fornecer suporte à fabricação no desenvolvimento de sistemas ópticos. Suas aplicações incluem os setores aeroespacial, de câmeras, de exibição de informações, de microlitografia e de fotônica.
Simular luz difusa na cena e fontes de luz difusa aditivas
O ImSym ajuda você a compreender o impacto da luz indesejada em seu sistema e fornece um modelo completo do seu sistema de imagem antes de ele entrar em produção. O modelo inclui lentes, sensores e processadores de imagem e sinal (ISPs), permitindo que você visualize imagens com dados precisos e quantitativos. Esses recursos agilizam o processo de desenvolvimento, permitindo que você lance seu próximo produto de imagem no mercado mais rapidamente.
Fluxo de trabalho do Stray Light
Aqui está um fluxo de trabalho típico para usar o software da Keysight na análise de luz difusa em um sistema de câmera:
Modele e analise a luz difusa com a Keysight
Nosso portfólio de engenharia de projeto óptico oferece várias opções de software para modelagem e análise de luz difusa. A escolha do software adequado depende da sua aplicação, e nossos produtos permitem a realização de cosimulações.
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