Filtro passa-banda

Tal como foi referido anteriormente, a metodologia foi desenvolvida em dois locais diferentes: no laboratório e no Campus Solar da FCUL. Os ensaios foram realizados sob diferentes condições de luminosidade: no laboratório com e sem luz, e no Campus Solar com iluminação pública e numa zona sombreada. Estes ensaios foram também realizados com o auxílio de um filtro passa-banda ótico, o qual foi utilizado para todas as condições de luminosidade, de forma a provar a sua veracidade. A Figura 3.6 esquematiza as condições de teste aplicadas para esta metodologia.

a) b)

Figura 3.6 - Esquema das condições de teste. a) Laboratório e b) Campus Solar.

Os filtros óticos são dispositivos que deixam passar luz com certos comprimentos de ondas e bloqueiam outra. Esta dissertação foi desenvolvida com um filtro ótico de transmissão infravermelho, cujo modelo utilizado corresponde ao Melles Griot 03 F11 024. A função deste filtro é bloquear toda a radiação com comprimentos de onda que não correspondem à região do infravermelho.

O gráfico da Figura 3.7 corresponde ao espectro de transmissão do filtro, com um pico aos 1100 nm. Através da análise à figura verifica-se que o filtro tem uma frequência de corte inferior, 𝑓₁, de 1095 nm e uma frequência de corte superior, 𝑓₂, de 1107 nm, o que dá uma largura de banda, 𝐵, de 12 nm. Isto é, o filtro rejeita radiação com comprimentos de onda inferiores a 1095 nm e superiores a 1107 nm.

Laboratório Com Luz Com Filtro Sem Filtro Sem Luz Com Filtro Sem Filtro Campus Solar Zona Iluminada Com Filtro Sem Filtro Zona de Sombra Com Filtro Sem Filtro

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Figura 3.7 - Espectro de transmissão do filtro infravermelho passa-banda Melles Griot 03 F11 024, com um comprimento de onda máximo aos 1104 nm.

Na Figura 3.8 encontra-se representada, com linha contínua, a luminescência detetada pelo sensor, e a linha a tracejado o espectro de transmissão do filtro.

Através da análise ao gráfico verifica-se que o filtro, além de rejeitar radiação com comprimentos de onda fora do infravermelho, também bloqueia a maior parte da luminescência emitida pelo silício. Analisando o gráfico da Figura 3.8 verifica-se que a luminescência detetada pelo sensor tem um intervalo entre os 900 nm e os 1150 nm. Tal como referido acima, o filtro é atravessado por radiação com comprimentos de onda entre os 1095 e os 1104 nm.

De forma a obter uma imagem EL com níveis de intensidade de luminescência elevados, os testes realizados com o filtro ótico necessitam de um tempo de exposição mais longo. Para os ensaios com filtro selecionou-se uma velocidade de disparo de 30 segundos.

Figura 3.8 - Luminescência detetada pelo sensor da câmara (linha contínua) e espectro eletromagnético do filtro passa-banda (linha a tracejado).

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De forma a compreender o efeito do filtro em imagens EL foi desenvolvido um teste, no interior do laboratório para as duas condições de luminosidade da sala. Este consistiu na aquisição de três imagens com tempos de exposição diferentes: 1, 5 e 10 segundos, os restantes parâmetros de aquisição de imagem da câmara foram mantidos constantes. Os ensaios foram realizados sempre com e sem filtro. Desta forma é possível observar a variação de luminescência emitida pelas células. A Figura 3.9 apresenta os resultados obtidos.

Sem filtro Com filtro Sem filtro Com filtro

Escur o C om l u z

Figura 3.9 - Imagens do teste com o filtro. As imagens foram adquiridas com tempos de exposição de 1, 5 e 10 segundos. Parâmetros de aquisição de imagem: NEF 12 bits convertidas em formato TIFF 8

bits, sensibilidade ISO 200, abertura f/4, distância focal 35 mm e compensação de exposição -4 EV.

Observando os quatro conjuntos de imagens verifica-se que, à medida que o tempo de exposição aumenta, aumenta também a luminescência detetada. Com 1 segundo de exposição, as duas imagens com filtro apresentam níveis de intensidade de luminescência baixos. Contudo, com 10 segundos de exposição, já é possível detetar zonas no módulo danificadas.

Observando o conjunto de imagens com luz e sem filtro verifica-se que, com tempo de exposição de 1 segundo, os níveis de intensidade começam a ficar saturados e que, com 10 segundos, estes níveis de intensidade ficam completamente saturados o que resulta numa imagem obtida totalmente branca. O conjunto de imagens obtidas no escuro e sem filtro apresentam níveis de intensidade adequados com 5 segundos de exposição, aos 10 segundos de exposição estes aproximam-se do nível de saturação. Comparando as imagens obtidas no escuro verifica-se que o filtro remove parte da radiação infravermelha emitida pelas células de silício.

Por sua vez, da análise das imagens com luz, verifica-se que o filtro remove toda a radiação emitida pelas luzes do candeeiro de teto. Tal é confirmado quando se faz uma análise do conjunto de imagens com filtro. Observando as imagens obtidas com filtro, no escuro e com luz, verifica-se que não existe diferença de luminescência entre elas.

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A Figura 3.10 representa os histogramas, do canal vermelho, dos quatro conjuntos de imagens. Estes histogramas têm dois objetivos: analisar a variação da intensidade de luminescência para diferentes tempos de exposição e analisar a variação da intensidade de luminescência para as diferentes condições de teste.

a) b)

c) d)

Figura 3.10 - Histogramas das imagens do teste ao filtro sob diferentes condições. Linha a pontilhado corresponde a 1 segundo de exposição, a linha a tracejado a 5 segundos e a linha contínua a 10

segundos. a) Escuro sem filtro, b) Escuro com filtro, c) Luz sem filtro, d) Luz com filtro.

Através da análise ao histograma da Figura 3.10 a) verifica-se que o melhor intervalo de tempo de exposição, para a condição no escuro sem filtro, está entre 1 a 5 segundos. Com 10 segundos de exposição a imagem começa a ter uma elevada frequência de pixels com níveis de intensidade de luminescência igual a 255. Isto é comprovado pelo resultado apresentado na Figura 3.9, onde se pode observar que a imagem do módulo no escuro sem filtro apresenta zonas com elevada luminescência e pouca nitidez.

Analisando o histograma da Figura 3.10 b) verifica-se que, para 1 segundo de exposição, existe uma elevada frequência de pixels com níveis de intensidade iguais ou próximos de zero. Com 10 segundos de exposição, já se consegue observar alguma distribuição dos pixels pelos diferentes níveis de intensidade. Contudo, estes ainda apresentam níveis de intensidade baixos pelo que seria necessário aumentar o tempo de exposição.

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Através da análise ao histograma da Figura 3.10 c) verifica-se que, a maior parte dos pixels fica com níveis de intensidade luminosa de 255, para os três tempos de exposição. Para 1 segundo de exposição, observa-se que existe uma determinada frequência de pixels com níveis de intensidade abaixo de 255. Para 5 e 10 segundos o histograma encontra-se todo deslocado para a direita. Tal é comprovado pelo resultado apresentado na Figura 3.9, onde se observa que a imagem de 10 segundos com luz sem filtro se encontra toda sobre-exposta.

Através de uma análise comparativa dos histogramas da Figura 3.10 c) e d) observa-se que os pixels que antes apresentavam níveis de intensidade de luminescência igual a 255 agora apresentam níveis de intensidade mais baixos. Observando estes dois histogramas consegue-se verificar o deslocamento do histograma da condição com luz com filtro para a esquerda do gráfico.

Analisando os histogramas da Figura 3.10 b) e d) comprava-se que estes têm um comportamento muito idêntico. Conclui-se que o filtro consegue remover toda a radiação emitida pelas luzes de teto. Este resultado é comprovado pelos resultados da Figura 3.9, onde se observa que os dois conjuntos de imagens com filtro apresentam imagens EL com uma intensidade de luminescência idêntica.