Implementação de um sistema óptico e optomecânico para um instrumento astronómico baseado no Compressed Sensing

Detalhes bibliográficos
Autor(a) principal: Pires, Joana Isabel Gaivota
Data de Publicação: 2016
Tipo de documento: Dissertação
Idioma: por
Título da fonte: Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)
Texto Completo: http://hdl.handle.net/10451/25567
Resumo: Tese de mestrado integrado, Engenharia Física, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016
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spelling Implementação de um sistema óptico e optomecânico para um instrumento astronómico baseado no Compressed SensingAquisição comprimidaAstronomiaDesign ópticoDesign opto-mecânicoTécnicas de impressão 3DTeses de mestrado - 2016Departamento de FísicaTese de mestrado integrado, Engenharia Física, Universidade de Lisboa, Faculdade de Ciências, 2016Recentemente surgiu uma nova teoria de amostragem de sinais denominada por Compressed Sensing (CS). Esta teoria afirma que um sinal esparso pode ser adquirido e reconstruído a partir de medições não adaptativas sem que seja necessário medir o sinal por inteiro. Isto é possível porque muitos dos sinais existentes na natureza são esparsos, em outras palavras, são sinais que, numa determinada base, podem ser representados pela composição de vetores cujos coeficientes são maioritariamente nulos. Uma das primeiras aplicações desta teoria, surgiu em 2009, com o desenvolvimento de um protótipo de uma Single-Pixel Camera (SPC), cuja arquitetura incorpora um Dispositivo digital de micro-espelhos (DMD) que cria máscaras especialmente adotadas para uma amostragem que possibilita o CS. Como esta câmara possui apenas um detetor, ela pode ser adaptada para adquirir imagens em comprimentos de onda que os tradicionais Charge-Coupled Devices (CCDs) ou os Complementary Metal-Oxide Semiconductor (CMOS) não conseguem, conduzindo também a uma possível nova geração de câmaras de alta resolução capazes de captar imagens hiperespectrais. Para além desta vantagem, este conceito também possibilitará reduzir o tamanho e o peso dos equipamentos, o que pode ser crítico para utilização no espaço. O presente trabalho teve como objetivos a realização do design e da implementação de um sistema ótico e optomecânico direcionado para uma SPC para utilização num telescópio, e ainda trazer para o grupo de investigação CENTRA/SIM novos conhecimentos sobre técnicas de impressão 3D. Para tal, numa primeira fase, foram realizadas simulações óticas no programa ZEMAX para definir quais as características dos componentes óticos a adotar neste protótipo. A fase seguinte consistiu em utilizar o programa SolidWorks para elaborar os desenhos técnicos dos componentes optomecânicos necessários ao sistema, que por sua vez, foram produzidos no laboratório utilizando técnicas de impressão 3D como a Fused Deposition Modeling (FDM) e a Stereolithography (SLA). Ao longo da produção dos componentes adquiriram-se conhecimentos sobre as propriedades térmicas e mecânicas de materiais termoplásticos, como o Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) e o Polylactic Acid (PLA), e de resinas standard.Recently, a new signal sampling theory, named Compressed Sensing (CS), has emerged. This theory states that a sparse signal can be acquired and reconstructed from non-adaptive measurements by taking far fewer measurements than in classical approaches. This is possible because many natural signals are sparse or compressible in some appropriate basis. This means they can be represented as compositions of vectors where most of coefficients are zero. One of the first applications of this theory appeared in 2009, with the development of a Single-Pixel Camera (SPC) prototype, whose architecture incorporates a Digital Micromirror Device (DMD) capable of generating random sampling patterns that yields the CS. As this camera only has one detector, it can be adapted to acquire images at wavelengths that are currently impossible with conventional Charge-Coupled Devices (CCDs) and Complementary Metal- Oxide Semiconductor (CMOS), or very expensive, leading us to a new generation of high resolution cameras capable of acquiring hyperspectral images. In addition to this advantage, this concept will also allow minimize the size and weight of the equipment, which may be critical in space. The present master’s dissertation aims at designing and implementing the optical and opto-mechanical systems of a SPC that could be coupled in a telescope, and also, bring to the CENTRA/SIM investigation group, extended know how with respect to 3D printing techniques. The first phase relied on ZEMAX optical simulations to choose the characteristics of the optical components adopted in this prototype. In a next phase we elaborated technical drawings of opto-mechanical components using the SolidWorks program, which were produced in laboratory facilities with Fused Deposition Modeling (FDM) and Stereolithography (SLA) techniques. Throughout the production of the components, we acquired a deeper knowledge of the mechanical and thermal properties of thermoplastic materials such as Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS) and Polylactic Acid (PLA), as well as of standard resins.Almeida, André Moitinho de, 1967-Krone-Martins, AlbertoRepositório da Universidade de LisboaPires, Joana Isabel Gaivota2016-12-29T14:57:39Z201620162016-01-01T00:00:00Zinfo:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesisapplication/pdfhttp://hdl.handle.net/10451/25567TID:201613484porinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos)instname:Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãoinstacron:RCAAP2023-11-08T16:15:11Zoai:repositorio.ul.pt:10451/25567Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireopendoar:71602024-03-19T21:42:27.028111Repositório Científico de Acesso Aberto de Portugal (Repositórios Cientìficos) - Agência para a Sociedade do Conhecimento (UMIC) - FCT - Sociedade da Informaçãofalse
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