Gonio hyperspectral imaging system based on light emitting diodes for the analysis of automotive coatings

Los pigmentos goniocromaticos, como las pinturas de automoviles, son conocidos por sus cambios de apariencia especialmente de color y textura visual en funcion de los angulos de iluminaci6n y observacion; estos se clasifican en pigmentos perlados (cambios de tono y croma) y metalizados (variaciones de luminosidad) Por esta razon, su caracterizacion mediante informacion espectral y espacial es de gran importancia para la industria. Par lo tanto, el objetivo principal de esta tesis es el desarrollo de un sistema gonio hiperespectral capaz de adquirir imagenes espectrales con elevada resolucion espacial utilizando diferentes configuraciones angulares de iluminacion y observacion. Los sistemas comerciales convencionales proporcionan informacion espectral precisa, pero carecen de resolucion espacial ya que generalmente incorporan un fotodiodo y no un sensor de imagen. El sistema se ha disenado para cubrir parte de los rangos ultravioleta (UV) visible (VIS) y parte del infrarrojo (IR) del espectro electromagnetico. Esta tesis se centro principalmente en el diseno, caracterizacion, validacion y aplicacion del sistema, el cual esta basado en diodos emisores de luz (LEDs) Este incluye una fuente de luz LED con 28 bandas espectrales desde 368nm hasta 1309nm y una con iluminacion blanca, las cuales se posicionan automaticamente delante de la muestra; ademas, incorpora una camara CCD con sensibilidad desde 200nm hasta 1000nm y una lnGaAs sensible desde los 900nm hasta los 1750nm; una plataforma rotatoria que controla el angulo de observacion a traves la rotacion de las camaras alrededor de la muestra y otra que controla el angulo de iluminacion rotando la muestra. 30 muestras perladas, 30 metalizadas y 30 solidas de pigmentos comerciales de automoviles fueron caracterizadas mediante el sistema para analizar su reflectancia espectral y color en las diferentes geometrias, siguiendo las normas DIN 6175 2, ASTM E2194 y ASTM E2539; los efectos de textura de destello sparkle granulado graininess y moteado mottling tambien se evaluaron. Se implementaron interfaces de usuario especialmente desarrolladas con el proposito de controlar los diferentes componentes y procesar la informacion obtenida. El desempeno espectral y colorimetrico se analizo en el rango VIS utilizando las formulas de diferencia del color CIEDE2000 y AUDl2000, el error absoluto media (MAE) la raiz del error cuadratico media (RMSE) y el coeficiente de bondad de ajuste (GFC) respecto a los resultados proporcionados par dos gonio espectrofotometros comerciales, el BYK mac(r) y el X Rite MA98(r) el rango IR se valido mediante el MAE, el RMSE y el GFC en comparacion con el espectrometro INSTRUMENT SYSTEMS SPECTRO 320(r) Respecto a las medidas de textura, nuevos indices principalmente basados en estadisticos de primer y segundo orden se desarrollaron para el analisis del destello, granulado y moteado; los resultados de destello y granulado se compararon con los obtenidos por el BYKmac (r) mientras que la evaluacion del moteado solo se valido con observaciones visuales. El sistema proporciono resultados precisos en relacion a los datos espectrales y colorimetricos para los ranges VIS e IR cuando se compararon con los de los instrumentos de referencia. Las mayores diferencias se dieron para las geometrias mas cercanas al reflejo especular. Los analisis de destello y granulado tambien produjeron resultados precisos, especialmente al aplicar los indices desarrollados. Los resultados de moteado permitieron diferenciar claramente entre las muestras con y sin este efecto. La evaluacion espectral de estos tres descriptores de textura tambien revelo informacion muy relevante que contribuyo con nuevos metodos de medida. En conclusion, los resultados obtenidos en esta tesis demuestran el potencial del sistema gonio hiperespectral basado en LEDs desarrollado para el analisis de informacion espectral, colorimetrica y de textura de pigmentos goniocromaticos en el UV, VIS e IR.