CODE - Detector de nubes.

iTEC ASTRONOMICA S.L. es una empresa dedicada al desarrollo de instrumentación específica de uso profesional de carácter astronómico y meteorológico con más de 10 años de experiencia en el sector. Nos complace presentarles nuestro nuevo desarrollo, CODE.

CODE (acrónimo del inglés que significa CloudDetector) es un instrumento específicamente diseñado para crear mapas de nubes del cielo durante el día. Está basado en un sistema que obtiene imágenes de todo el cielo con un ángulo de visión de 180 grados en todas las direcciones. A diferencia de otros instrumentos que realizan tareas similares, CODE no dispone de ningún sistema de ocultamiento solar, de modo que todas las partes de la imagen son útiles.

El instrumento está basado en un sistema de ojo de pez acoplado a una cámara CCD en color de calidad científica. Para atenuar la intensa radiación solar, el conjunto óptico dispone de un filtro de densidad neutra con un factor de atenuación de 1:10000. Este filtro además incrementa el contraste de las nubes respecto al fondo azul del cielo.

Figura 1: Izquierda: Aspecto exterior de CODE. Derecha. Detalle de la cúpula y orificios deventilación.

CODE está diseñado para ser un sistema autónomo que pueda operar bajo cualquier condición ambiental. Para ello, todos los elementos necesarios para su funcionamiento están integrados dentro de un habitáculo que soporta condiciones de intemperie (Ver figura 1). Dicho habitáculo está aislado con paneles de 4cm de poliuretano y reforzado con planchas de 3mm de aluminio que evitan la oxidación. La parte superior del mismo dispone de una cúpula de transparente de metacrilato que protege la óptica de ojo de pez. La base de la cúpula está pintada de negro anti-reflectante que evita cualquier reflejo interno en la misma.

A su vez, dos orificios de 20mm de diámetro mantienen un flujo de aire caliente forzado para evitar condensaciones de la cúpula. El resto del habitáculo está pintado con pintura anti-reflectante tipo epoxi de color blanco, que evita el calentamiento del aluminio durante la exposición solar.

Una puerta permite el acceso al interior del instrumento (Ver figura 2). La cámara CCD envía directamente la imagen al PC. Dicho PC es un modelo industrial capaz de soportar condiciones extremas de temperatura (-15 hasta 60C) y 95% de humedad. De cara a mantener unas condiciones idóneas dentro del habitáculo, el instrumento dispone de sensores de humedad y temperatura. Con esta información, el PC puede decidir activar un deshumidificador, evacuar aire al exterior, o calentar el interior.

Figura 2: Elementos internos del CODE. (1) CCD+Objetivo. (2) Sistema de ayuda de refrigeración de la CCD. (3) Fuente de alimentación de la CCD. (4) PC industrial. (5) Deshumidificador. (6) Calentador. (7) Controlador de relés y entradas analógicas. (8) Sistema de evacuación de aire. (9) Sistema de control de temperatura frio calor. (10) Sensor de temperatura y humedad. (11) Fuentes de alimentación de 5V y 12V. (12) Sistema de protección eléctrica basado en protección de rayos, magneto-térmico y diferencial.

El ordenador de control procesa mediante un algoritmo específicamente diseño cuyos detalles pueden encontrase en la sección relativa al software. El resultado es una imagen de 1008x1008 cuyos píxeles con valor igual a cero representan zonas despejadas y aquellos píxeles con valor igual a 255 serán los afectados por nubes. El formato de salida es tanto en JPEG como en FITS. A continuación se muestran algunos ejemplos de detección (Ver figura 3).

Figura 3: Algunos ejemplos de detección. Izquierda: Imagen procesada con las nubes identificadas. Derecha: Imagen original.

El instrumento debe ser ubicado en una zona plana, más o menos a nivel de una superficie de 1m2. Debe estar orientado al norte con la puerta orientada al sur. Para ello, se puede utilizar una brújula. También se debe instalar a nivel. Un nivel plano colocado en la parte superior es suficiente para garantizar este hecho. Si fuera necesario cambiar la nivelación, las patas de CODE permiten modificar ligeramente el nivel.

Una vez emplazado en la ubicación definitiva, el sistema debería ser atornillado al suelo para evitar que se mueva. A continuación es necesario alimentar con 220V y cable Ethernet mediante los conectores adecuados. También ser recomienda conectar la salida de tierra a una pica o similar. Esta salida es la salida del protector de rayos, para que éste último funcione debe estar conectado a tierra. Por último, tan solo faltactivar el magneto-térmico y diferencial. En este momento, el PC se pondrá automáticamente en marcha. Para conectarse al PC es necesario hacerlo por medio de escritorio remoto. Las características de la red dependerán del usuario.

El programa de control de CODE está desarrollado en C++ y consta de más de 8000 líneas de código. Está diseñado para funcionar de manera autónoma controlando todos los dispositivos para mantener las condiciones idóneas de funcionamiento y realizando todos los procesos hasta la obtención final del mapa de nubes. Este proceso se realiza de manera cíclica desde que amanece hasta que atardece, a intervalos de tiempo definidos por el usuario. La figura 4 muestra el aspecto del software.

Figure 4: CODE main software.

El programa presente un display principal que muestra tanto la imagen obtenida por la cámara como la superposición del mapa de nubes calculado. La imagen que se muestra puede ser elegida mediante las opciones presentes en el cuadro llamado Current image display. Las opciones son, imagen en color, la banda R (rojo), la banda G (verde), la banda B (azul), imagen procesada (índice de color B/R), y mapa de nubes. Desplazando el cursor por el display se obtiene la siguiente información:

  • Posición XY.
  • Distancia del cursor a la posición del Sol expresada en coordenadas cartesianas y polares.
  • Valores de intensidad en las tres bandas.
  • Valor del índice de color (cociente entre la banda azul y roja).
  • Valor de corte a partir del cual se considera nube.
  • Cloud determina si el pixel ha sido reconocido como despejado (valor 0) o nube(valor 255).

Si sobre el display se pulsa en cualquier posición con el botón izquierdo se mostrará una curva con los valores de intensidad en la recta que une la posición del cursor hasta el sol.

El cuadro llamado Sequence permite lanzar el proceso automático de medidas mediante el botón Start y detenerlo con el botón Stop. Dependiendo de la hora, el sistema decidirá si comenzar las medidas o no. En caso que sea de noche, el sistema desactiva la cámara CCD, pero seguirá controlando tanto la temperatura como la humedad interna. Así mismo, el calentador de la cúpula estará intermitentemente funcionando para evitar condensaciones de la misma.

Por la mañana, el programa activa la corriente y restablece la comunicación con la CCD media hora antes de la salida del sol. En este punto se aumenta la frecuencia con el que el calentador de la cúpula está funcionando para disminuir cualquier posible condensación.

Si desea obtener más información sobre este producto no dude en contactarnos a través de nuestro correo electrónico. Somos especialistas en desarrollos instrumentales  específicos que no se encuentren en el mercado. Propónganos sus ideas y le ayudaremos a desarrollarlas.