SISTEMA Y METODO PARA LA MEDIDA Y MONITORIZACION DE LA CONTAMINACION LUMINICA DEL CIELO NOCTURNO.

SISTEMA Y MÉTODO PARA LA MEDIDA Y MONITORIZACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN LUMÍNICA DEL CIELO NOCTURNO Sector de la técnica 5 La presente invención se enmarca en el del área de las tecnologías físicas ya que el procedimiento descrito contribuye a la investigación básica del fenómeno de la contaminación lumínica mediante el desarrollo tecnológico de un dispositivo opto-electrónico que cuantifica los niveles de ésta clase de contaminación así como su aporte a la ingeniería de la iluminación. Así, también se puede enmarcar en el sector 10 de los dispositivos opto-electrónicos. Esta tecnología se puede aplicar, principalmente, en el sector medioambiental (detección, monitorización y control de la contaminación lumínica, aerosoles, etc.) y en el meteorológico (detección y monitorización de radiación UV-A) . 15 Estado de la técnica anterior Los antecedentes científicos y técnicos cuyos objetivos son la medida y/o monitorización de la contaminación lumínica están descritos a continuación: 20 1º) Dispositivo WASBAM-SSH: Desarrollado por Cinzano, P. [Memorie della Societá Astronomica Italiana, 5/2004, p. 395-398], consiste en un espectrómetro portátil para monitorizar el brillo del cielo 25 nocturno, o Skyglow, y, por tanto, las emisiones de contaminación lumínica en el rango espectral desde 420 nm hasta 950 nm. El campo de visión del instrumento es de unos pocos grados, por lo que para obtener un mapa completo de toda la bóveda celeste éste lleva incorporada una montura motorizada altazimutal que le permite programar distintos puntos de observación del cielo. 30 El resultado obtenido es un muestreo discreto de imágenes del cielo a las que se le aplican métodos astro-fotométricos. Dichos métodos consisten en usar estrellas estándar (de brillo “aparente” conocido) y comparar dicho brillo “aparente” con el del fondo de cielo y así deducir cuantitativamente los niveles de contaminación lumínica. 35 Posteriormente, estas imágenes con sus datos de brillo “aparente” serán interpoladas para obtener una “estimación” completa del brillo “aparente” del fondo de cielo de toda la bóveda celeste y, por ende, los niveles de contaminación lumínica de todo el cielo. 5 El dispositivo consiste en una montura ecuatorial motorizada, una cámara CCD de 0, 4 Mpx cuyo detector está controlado térmicamente por un refrigerador Peltier. Delante del detector se coloca un espectrómetro clase Browning compuesto por un colimador refractivo de 50 mm de distancia focal, una rendija variable, un prisma De Amici que realiza la función de dispersor, y un pequeño ocular, que proyecta la 10 imagen en el detector. Para el modo fotométrico se sustituye el espectrómetro por un objetivo fotográfico de distancia focal variable de entre 16 y 30 mm que le permitirá alcanzar un campo de visión máximo de 29º para cada imagen obtenida. El método no es automático porque abarca tres grandes etapas bien diferenciadas y separadas en el tiempo como son: (a) la captura de imágenes, (b) el cálculo “no automático” del 15 brillo de cielo en cada imagen porque se han de identificar en las estrellas estándar de brillo conocido para aplicar los métodos astro-fotométricos, y por último (c) la interpolación de los mapas de brillo de cada imagen para obtener una estimación de la contaminación lumínica de la bóveda celeste. 20 El resultado de las medidas es un mapa de color de la bóveda celeste cuyos valores se expresan en magnitudes por segundo de arco al cuadrado para algunos filtros del sistema fotométrico Johnson. El proceso de medida requiere, además, de un post-proceso para obtener los resultados finales. 25 2º) Dispositivo Sky Quality Meter [http://www.unihedron.com/projects/darksky]: Desarrollado por Welch, D. y Tekatch, A., en el 2007 es un pequeño dispositivo portátil que comprende un fotómetro que mide el brillo del cielo en la noche en una banda espectral semejante a la sensibilidad visual humana. La medida obtenida con 30 el instrumento es un valor numérico del brillo del cielo, que se consigue integrando durante un segundo los fotones recibidos en un campo de visión de 80º. A diferencia del instrumento WASBAM-SSH descrito en el punto anterior, el Sky Quality Meter no ofrece información espacial de la distribución de radiación emitida 35 por el fondo de cielo a lo largo de su campo de visión, esto implica por ejemplo que no se puede discernir si el origen de tal emisión es natural o artificial. El resultado de las medidas será un número expresado en unidades no físicas de magnitudes por segundo de arco al cuadrado y no ofrece información espacial de la fuente de las emisiones de radiación luminosa. 5 3º) Cámaras CCD de gran campo: Desarrollado por Duriscoe, D. M., Luginbuhl, C. B. y Moore, C. A., (Measuring Night-Sky Brightness with a Wide-Field CCD Camera, PASP, vol. 119, pp. 192-213, 2007) . 10 Este instrumento es una mejora del WASBAM-SSH desarrollado por Cinzano. Que alcanza un campo de visión máximo de 53º, además, el formato del detector CCD es de 1.04 Mpx (frente a los 0.4 Mpx del WASBAM-SSH) . Gracias a estas mejoras resulta más rápido realizar un mapeado completo de la bóveda celeste y además con mayor precisión porque la resolución espacial es más del doble en el presente 15 instrumento que en el desarrollado por Cinzano. El procedimiento de reducción de datos no es automático porque está basado en astro-fotometría clásica. Dicho procedimiento consiste en comparar el brillo “aparente” de estrellas conocidas (tabuladas en catálogos astronómicos) con el brillo 20 del fondo de cielo. El resultado será un mapa de color de la bóveda celeste cuyos valores se expresan en magnitudes por segundo de arco al cuadrado sólo y exclusivamente para el filtro V del sistema fotométrico de Johnson. Puesto que necesita de las estrellas de brillo “aparente” conocido para realizar los 25 cálculos, este instrumento no es útil cuando el cielo esté total o parcialmente nublado. 4º) Cámara CCD All-Sky: 30 Este último caso de instrumentación portátil que detecta/mide contaminación lumínica en el que existen dos trabajos publicados recientemente en revistas de índice de impacto y que se detallan a continuación: a) El desarrollado por Schwarz et al. (The Tololo All Sky Camera Tasca, Astrophysics and Space Science Librar y , Vol. 300, sec. III, pp. 379-384, 35 2004) . Éste es conocido con el nombre de TASCA que corresponde con las iniciales de Tololo All-sky Camera. Consiste en un detector CCD de 1.05 Mpx, un objetivo ojo de pez de 8 mm de longitud focal que produce una imagen completa de la bóveda celeste. TASCA está ideado para “identificar” pero “no para calcular” la contaminación 5 lumínica en distintas bandas del espectro electromagnético visible cerca de Cerro Tololo (desierto de Atacama, Chile) , además de, la presencia de nubes u otros objetos transeúntes como meteoritos, aviones, etc. Produce, por tanto, sólo imágenes “no calibradas”, y no MEDICIONES CUANTITATIVAS. 10 b) El desarrollado por Rabaza O. et al. (All-Sky brightness monitoring of light pollution with astronomical methods, Journal of Environmental Management, Vol. 91, pp. 1278-87, 2010) , los mismos autores que presentan la propuesta del invento. Consiste en un detector CCD de 10.7 Mpx, un objetivo ojo de pez de 8.5 mm de longitud focal que produce una imagen completa de la bóveda 15 celeste y está provista de los tres filtros B, V y R del sistema fotométrico Johnson. A diferencia del instrumento TASCA desarrollado por Schwarz et al., éste proporciona medidas cuantitativas en unidades no físicas de magnitud por segundo de arco al cuadrado. Puesto que necesita de las estrellas de brillo “aparente” conocido para 20 realizar los cálculos, éste instrumento tampoco es útil cuando el cielo esté total o parcialmente nublado. Explicación de la invención 25 Mediante el método y sistema descrito en las reivindicaciones de la presente invención se pueden medir los niveles de contaminación lumínica en función de la longitud de onda de forma ágil y precisa, y además conocer la posición y las características de las fuentes de luz artificiales que provoquen la contaminación. 30 Es un objeto de la invención un procedimiento de calibración y un instrumento para medir con exactitud e instantáneamente los niveles de contaminación lumínica del cielo (en unidades físicas o del sistema internacional) para cualquier longitud de onda comprendida como mínimo entre los 380 nm y los 780 nm (rango espectral visible) y como máximo el rango espectral que permitan los sistemas opto-35 electrónicos de adquisición de imágenes, independientemente de las condiciones climáticas y corrigiendo el gradiente de iluminación debido a la distorsión...

1. Sistema para la medida y monitorización de la contaminación lumínica del cielo nocturno que comprende (a) unos primeros medios de calibración que comprenden, a su vez, una fuente 5 de alimentación regulada en intensidad o potencia; una lámpara de flujo radiante cuyo rango espectral contiene el rango que va desde 380 nm a 780 nm; y una esfera integradora recubierta de un material lambertiano y que aloja dicha lámpara en su interior mediante un adaptador configurado a tal efecto; (b) unos segundos medios para medir la contaminación lumínica del fondo de 10 cielo de toda la bóveda celestre provocada por las fuentes de iluminación artificial que comprenden una cámara digital con un detector CCD de alta resolución sensible en un rango espectral que contiene el rango que va desde 380 nm a 780 nm; un objetivo fotográfico con un ángulo de visión superior a 180 grados; un intercambiador de filtros ópticos de más de cuatro posiciones situado entre el detector CCD y el 15 objetivo; una pluralidad de filtros interferenciales de longitudes de onda central pertenecientes al rango espectral que contiene el rango que va desde 380 nm a 780 nm; y medios para la estabilización y apuntado de la cámara hacia el cénit; y (c) unos medios lógicos de procesamiento configurados para corregir el gradiente de iluminación debido a la distorsión óptica producida por el objetivo en las 20 imágenes, y para posteriormente, mediante un algoritmo programado, realizar una comparación entre la imagen de calibración y la imagen objeto de medida. 2. Sistema de acuerdo con la reivindicación 1 caracterizado porque los medios lógicos de procesamiento se comunican con la cámara para posicionar o 25 intercambiar los filtros interferenciales. 3. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2 caracterizado porque los medios lógicos de procesamiento seleccionan la temperatura del detector comunicándose con la cámara (2) y establecen la temperatura de trabajo del 30 detector. 4. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 3 caracterizado porque los medios lógicos de procesamiento determinan el tiempo de exposición. 35 5. Sistema de acuerdo con las reivindicaciones 1 a 4 caracterizado porque los medios lógicos de procesamiento están configurados para que cada imagen del cielo sea comparada con la imagen de calibración obtenida con el mismo filtro de tal forma que se divide las cuentas de cada píxel de la imagen de cielo por las cuentas del mismo píxel de la imagen de calibración y el resultado en cada píxel se multiplica por 5 el valor de la radiancia emitida por las paredes internas de la esfera integradora iluminada por la lámpara de calibración; y donde para calcular los valores fotométricos de cada longitud de onda (luminancias, iluminancias y flujos fotométricos) se multiplican los valores obtenidos de radiancia, irradiancia y flujo radiante por el valor correspondiente de la curva escotópica o fotópica. 10 6. Método para la medida y monitorización de la contaminación lumínica del cielo nocturno configurado para la calibración, medida y cálculo para cuantificar los niveles de contaminación lumínica a través del brillo artificial del fondo del cielo que comprende un proceso de calibración, un proceso de adquisición de imágenes y una 15 etapa de análisis, implementado en el sistema según reivindicaciones 1 a 5. 7. Método para la medida y monitorización de la contaminación lumínica del cielo nocturno según reivindicación anterior caracterizado porque el procedimiento de calibración comprende, a su vez, las etapas de introducir 20 una lámpara halógena de radiación conocida en el interior de una esfera integradora así como la cámara digital; mantener la lámpara esté encendida en el interior de la esfera integradora durante el tiempo aconsejado por el fabricante para alcanzar la estabilidad en la emisión del flujo; y tomar una imagen de la cara interna e iluminada de la esfera con cada uno de los filtros seleccionados; 25 el procedimiento de adquisición de imágenes consiste en obtener una imagen de todo el fondo de cielo para cada uno de los filtros seleccionados; y el procedimiento de análisis consiste en la corrección del gradiente de iluminación de las imágenes obtenidas del fondo de cielo debido a la distorsión óptica del objetivo y la comparación píxel a píxel de la imagen del fondo de cielo, 30 corregida del gradiente de iluminación, con la imagen de calibración, de donde se conocen además los datos radiométricos y fotométricos, y así obtener el valor de las mismas magnitudes en las imágenes de fondo de cielo. 8. Método de acuerdo con la reivindicación 7 caracterizado porque la etapa de 35 análisis se obtiene, al menos un valor seleccionado entre a) la medida de radiancia espectral relativa emitida por todo el cielo observado como mínimo en el rango de longitudes de onda comprendido entre 380 a 780 nanómetros; b) la medida de irradiancia espectral recibida de todo el cielo observado como mínimo en el rango de longitudes de onda comprendido entre 380 a 780 5 nanómetros; c) la medida de flujo radiante espectral relativo emitido por el cielo observado como mínimo en el rango de longitudes de onda comprendido entre 380 a 780 nanómetros; d) la medida de luminancia relativa emitido por el cielo observado como mínimo 10 en el rango de longitudes de onda comprendido entre 380 a 780 nanómetros; e) la medida de iluminancia recibida de todo el cielo observado como mínimo en el rango de longitudes de onda comprendido entre 380 a 780 nanómetros; y f) la medida de flujo fotométrico relativo emitido por el cielo observado como mínimo en el rango de longitudes de onda comprendido entre 380 a 780 15 nanómetros. Figura 1 Figura 2 Figura 3 Figura 4 Figura 5 Figura 6 Figura 7 Figura 8 Figura 9 Figura 10 Figura 11