Neue Sensoren läuten eine neue Generation von Bildverarbeitungssystemen für Sicherheits-, Medizin- und Automobilanwendungen ein
Die nächste Generation von Kamerasystemen, die nach fünf Jahren Entwicklung auf den Markt kommen, werden sich voll und ganz auf neuartige hochmoderne Technologie verlassen. Angesichts dieser Tatsache hat das EU-finanzierte Projekt EXIST neue Technologien für Bildsensoren und Bildverarbeitungssysteme für zukünftige Anwendungen erforscht und entwickelt. Die neuen Lösungen vereinen hohe Leistungen in den Bereichen Geschwindigkeit, Kompaktheit, Frequenzbandwahl und Kosten in sich. Ein Bildsensor, der das Beste aus verschiedenen Welten in sich vereint Zeitlich verschobene Signalintegration (Time delay and integration, TDI) ist ein bildgebendes Verfahren, das genutzt wird, wenn sich ein Objekt oder eine Bildfläche linear über einen Belichter bewegt und wenn der Inhalt der Bildfläche sich nicht plötzlich verändert. Die bevorzugte Technologie zum Umgang mit analogen TDI-Pixeldaten ist eine ladungsgekoppelte Schaltung (CCD). Die Hauptanwendungsgebiete umfassen die industrielle Inspektion, die Biowissenschaften und maschinelles Sehen. Projektpartner entwickelten eine neue Lösung, die CCD-TDI-Pixel mit fortgeschrittenen komplementären Metalloxid-Halbleitern (CMOS) und der Ausgabe in einem einzelnen Chip kombiniert, sodass ein einzelner Belichterchip möglich wurde, der sowohl CCD- als auch CMOS-Funktionalität aufweist. „Diese einzigartige Technologie kombiniert die störungsfreie Erfassung und den Transfer im Ladungsbereich der CCD-Technologie mit dem Potenzial zur Systemintegration und der schnellen Ausgabe, die nur CMOS liefern kann“, erklärt Piet De Moor, Geschäftsentwickler bei IMEC. Andere hochauflösende Sensoren Ein neuer 4K-Sensor wurde gemeinsam mit der Bildverarbeitungskette für 4K entwickelt. Diese Arbeit führte zur Einführung des LDX86N-Sendekameraprodukts. Es wurden auch zwei weitere hochauflösende Sensoren entwickelt: ein 32MP-Sensor und ein 14MP-Sensor. Ein robustes UHDTV-Zoomobjektiv und digitale Hardwarebildverarbeitung in FPGA wurden zwecks hochauflösender Bildverarbeitung entwickelt. Mehrere Produkte sind bereits auf dem Markt oder werden bald auf den Markt kommen, darunter die neue 4K-Sendekamera, das Vollformatfilmzoomobjektiv, kleinformatige 4K- und 8K-UHDTV-Kameras für Bilderfassung in den Bereichen Sicherheit und Industrie, der neue 14MP-Global-Shutter-Belichter für industrielle Bildgebung und der neue Hochgeschwindigkeits-Multiband-TDI-Belichter. Kompakte hochauflösende Kameras und Sensoren sind für Sicherheitsanwendungen und maschinelles Sehen geeignet. „Verbesserungen im Bereich der Ausstrahlung sind in unserem anhaltenden Streben nach einer besseren Fernsehauflösung offensichtlich“, bemerkt De Moor. Hintergrundbelichtung für maximale Empfindlichkeit Die große Mehrheit der Bildsensoren werden so entwickelt, dass sie das Licht, das auf die Vorderseite des Sensors fällt, in Elektronen umwandeln. Neueste Designdurchbrüche in der Anordnung der bildgebenden Elemente führten zu rückwärtig belichteten Bildsensoren, die mehr Licht aufnehmen können und daher eine bessere Leistung bei schwachem Licht aufweisen. Die Projektpartner schlugen aus diesen neuesten Fortschritten Kapital und entwickelten hyperspektrale Filterstrukturen auf Wafer-Ebene für kommerziell verfügbare Bildsensor-Wafern. Diese Filter können hinzugefügt werden, um eine verbesserte TDI-Abbildungsleistung zu erreichen. Die Kombination von Farb- und Nahinfrarotbildgebung EXIST führte ebenfalls einen neuen Flugzeit-Bildsensor ein, der RGB-Farbfilter mit Schmalband-Nahinfrarotfiltern verbindet. Diese bahnbrechende Integrationsplattform für optische Filter ermöglicht zahlreiche Anwendungen in Bereichen, die von Medizin, Industrie, Sicherheit und Überwachung und dem Automobilsektor bis hin zu virtueller und erweiterter Realität reichen, in denen Nahinfrarotsignale aus Farbbildern extrahiert und auf diese überlagert werden müssen. Die Projektpartner haben bereits eine multispektrale Filteranordnung enthüllt, die Nahinfrarot- und sichtbares Licht auf einem Belichter zur Verwendung in der Laparoskopie kombiniert. Indem EXIST neue Technologien basierend auf innovativen Materialien, Konstruktionen und Konzepten in die Bildsensorverfahrenstechnik einführt, fördert das Projekt wachsende Marktanteile, schafft Arbeitsplätze und steigert Investitionen in innovative Ausrüstung, Materialien und die Herstellung von Halbleiterbauteilen.
Schlüsselbegriffe
EXIST, Bildsensor, Sicherheit, zeitlich verschobene Signalintegration, time delay and integration (TDI), ladungsgekoppelte Schaltung (CCD), komplementäre Metalloxid-Halbleiter (CMOS), Nahinfrarot, Bauchspiegelung, Laparoskopie, Internet der Dinge, maschinelles Sehen
