Nowe czujniki na potrzeby systemów wizyjnych nowej generacji dla sektorów ochrony, medycyny i motoryzacji
Kolejna generacja systemów kamer, która wejdzie na rynek za pięć lat, będzie w całości oparta na nowatorskich technologiach. Aby tego dokonać, uczestnicy finansowanego przez Unię Europejską projektu EXIST zbadali i opracowali nowe technologie czujników obrazu i systemów stworzonych z myślą o rozwiązaniach przyszłości. Nowe rozwiązania odznaczają się wysoką szybkością, niewielkimi wymiarami, możliwością wyboru pasma oraz niskimi kosztami. Czujnik obrazu o różnorodnych zaletach TDI (Time Delay Integration) to technika obrazowania stosowana, gdy obiekt lub scena przesuwa się liniowo przed matrycą światłoczułą i gdy zawartość sceny nie zmienia się w krótkim okresie czasu. Technologią wykorzystywaną powszechnie do obsługi analogowych danych pikselowych TDI jest matryca CCD. Jest ona stosowana głównie w inspekcji przemysłowej, naukach przyrodniczych i systemach wizyjnych. Partnerzy projektu opracowali nowe rozwiązanie, które łączy piksele CCD TDI z zaawansowanymi sterownikami typu metal-tlenek-półprzewodnik (CMOS) i odczytem w jednym układzie scalonym, umożliwiając budowę matrycy światłoczułej oferującej jednocześnie funkcje CCD oraz CMOS. „Ta wyjątkowa technologia łączy w sobie bezszumowe odbieranie i nadawanie w domenie ładunku technologii CCD oraz potencjał integracji systemu i szybki odczyt, który może zapewnić tylko CMOS”, tłumaczy Piet De Moor, specjalista ds. rozwoju biznesu w firmie IMEC. Inne czujniki o wysokiej rozdzielczości W ramach projektu powstał również nowy czujnik 4K wraz z łańcuchem przetwarzania obrazu 4K. W wyniku tych prac wprowadzono na rynek kamerę nadawczą LDX86N. Zbudowano również dwa inne czujniki o wysokich rozdzielczościach, wynoszących kolejno 32 i 14 megapikseli. Wytrzymały obiektyw zmiennoogniskowy UHDTV i cyfrowe sprzętowe przetwarzanie obrazu przy pomocy układu FPGA opracowane w ramach projektu powstały z myślą o przetwarzaniu obrazów o wysokiej rozdzielczości. Wiele produktów jest już dostępnych lub wkrótce będzie dostępnych na rynku, w tym między innymi nowa kamera nadawcza 4K, pełnoklatkowy obiektyw filmowy, małe kamery 4K i 8K UHDTV do zastosowań związanych z monitoringiem oraz wizją przemysłową, nowa matryca o rozdzielczości 14 megapiskeli do wykorzystania w zastosowaniach wizji przemysłowej oraz nowa wielopasmowa matryca TDI o dużej szybkości. Kompaktowe kamery i czujniki o wysokiej rozdzielczości mogą być wykorzystywane w zastosowaniach związanych z bezpieczeństwem oraz systemami wizyjnymi. „Dążenie do poprawy rozdzielczości telewizorów wiąże się nierozłącznie z ulepszeniami w dziedzinie nadawania”, mówi De Moor. Tylne podświetlenie zapewnia maksymalną czułość Zdecydowana większość matryc światłoczułych jest zaprojektowana pod kątem przekształcania światła padającego na przednią stronę matrycy w elektrony. Ostatnie postępy w zakresie rozmieszczenia elementów światłoczułych spowodowały, że powstały matryce z tylnym podświetleniem, zwiększające ilość przechwytywanego światła, co oznacza poprawę wydajności przy słabym oświetleniu. Wykorzystując te najnowsze osiągnięcia, partnerzy projektu opracowali hiperspektralne struktury filtrujące, przetwarzane na poziomie wafli na dostępnych w rynku komercyjnym matrycach światłoczułych. Filtry te mogą być dodawane w celu zwiększenia osiągów związanych z obrazowaniem TDI. Połączenie obrazowania w kolorze i w bliskiej podczerwieni W ramach projektu EXIST powstała też nowa matryca wykorzystująca pomiar czasu przemieszczania światła, łącząca kolorowe filtry RGB i wąskopasmowe filtry bliskiej podczerwieni. Ta przełomowa platforma integracji filtrów optycznych umożliwi opracowanie rozwiązań do wielu zastosowań w takich dziedzinach, jak medycyna, przemysł, monitoring bezpieczeństwa i motoryzacja, a także rzeczywistość wirtualna i rozszerzona, gdzie sygnały bliskiej podczerwieni muszą być wyodrębniane i nakładane na kolorowe obrazy. Partnerzy projektu zaprezentowali już multispektralny stos filtrów łączący światło bliskiej podczerwieni i światło widzialne na matrycy przeznaczonej do zastosowania w laparoskopii. Dzięki wprowadzeniu do technologii matryc światłoczułych nowych technologii opartych na innowacyjnych materiałach, projektach i koncepcjach, projekt EXIST przyczyni się do zwiększenia ich udziału w rynku, a także zwiększenia zatrudnienia i inwestycji w innowacyjny sprzęt, materiały i produkcję urządzeń półprzewodnikowych.
Słowa kluczowe
EXIST, matryca światłoczuła, bezpieczeństwo, TDI (Time Delay Integration), matryca CCD, metal-tlenek-półprzewodnik (CMOS), bliska podczerwień, laparoskopia, Internet rzeczy, systemy wizyjne
