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Nuevos sensores para unos sistemas de visión de última generación en aplicaciones de seguridad, medicina y automoción

La demanda de sensores de imagen en aplicaciones para coches, medicina, el internet de las cosas o la seguridad y vigilancia supone un nuevo desafío para que las empresas mejoren el funcionamiento de sus sistemas integrados. Un proyecto financiado con fondos europeos ha desarrollado sensores de imagen revolucionarios que deberían aumentar la funcionalidad de los futuros sistemas de visión.

Economía digital

Después de cinco años, la próxima generación de sistemas de cámara se basará por completo en tecnologías punta innovadoras. Teniendo esto en cuenta, el proyecto financiado con fondos europeos EXIST ha investigado y desarrollado nuevas tecnologías para sistemas y sensores de imagen para futuras aplicaciones. Las nuevas soluciones combinan un alto rendimiento en velocidad, compactibilidad, selección de banda y coste. Un sensor de imagen con lo mejor de diferentes mundos El retraso y la integración de tiempo (TDI, por sus siglas en inglés) es una técnica de procesado de imágenes que se emplea cuando un objeto o una escena se mueven de manera lineal en un generador de imágenes y cuando el contenido de la escena no cambia durante un corto período de tiempo. La tecnología empleada para gestionar los datos analógicos de píxeles TDI es la CCD (siglas en inglés para dispositivo de carga acoplada). Las aplicaciones suelen ser la inspección industrial, las ciencias biológicas y la visión automática. Los socios del proyecto han desarrollado una nueva solución que combina los píxeles TDI CCD con circuitos de lectura y controladores avanzados CMOS (siglas en inglés para semiconductor complementario de óxido metálico) en un solo chip, lo que supone que un único chip generador de imágenes disponga de funciones CCD y CMOS. «Esta tecnología única combina la captación y transferencia silenciosas en el dominio de la carga de la tecnología CCD con el potencial de integración de sistemas y la rapidez de lectura que solo es posible con los CMOS», explica Piet De Moor, desarrollador comercial en IMEC. Otros sensores de alta resolución Se ha desarrollado un nuevo sensor 4K junto con la cadena de procesado de imágenes para 4K. Este trabajo ha resultado en el lanzamiento del LDX86N, una cámara de teledifusión. También se han construido otros dos sensores de alta resolución: uno de 32 MP y otro de 14 MP. Por otro lado, se diseñaron dos productos para el procesado de imágenes en alta resolución: un objetivo zum reforzado UHDTV y un sistema de procesamiento de imágenes digitales por «hardware» en una FPGA. Hay muchos productos que están ya en el mercado o lo estarán pronto, como la nueva cámara de transmisión en 4K, el objetivo zum para cine de cuadro completo, cámaras pequeñas de contorno en 4K y 8K UHDTV para vigilancia y visión industrial, el nuevo generador de imágenes con obturador global de 14 MP para visión industrial y el nuevo generador de imágenes de alta velocidad multibanda TDI. Las cámaras y los sensores compactos y de alta resolución se pueden emplear en aplicaciones de seguridad o en visión automática. «Siempre estamos buscando mejorar la resolución de la televisión y las mejoras en la transmisión son evidentes», observa De Moor. Iluminación posterior para lograr una sensibilidad máxima La gran mayoría de sensores de imagen están diseñados para convertir en electrones la luz que llega a la parte frontal del sensor. Algunos descubrimientos recientes en la disposición de elementos para el procesado de imágenes han logrado que los sensores de imágenes retroiluminados aumenten la cantidad de luz que capturan, lo que mejora el rendimiento de baja luminosidad. Al aprovechar los últimos avances, los socios del proyecto han desarrollado estructuras de filtros hiperespectrales procesadas a nivel de oblea en las obleas de sensores de imagen comercializados. Se pueden añadir estos filtros para aumentar el rendimiento en el procesado de imágenes TDI. La combinación de colores y el infrarrojo cercano en el procesado de imágenes EXIST también introdujo un nuevo sensor de imagen de tiempo de vuelo que combina filtros de color RGB con filtros del infrarrojo cercano de banda estrecha. Este avance en las plataformas de integración de filtros ópticos permitirá crear aplicaciones en todo tipo de campos —medicina, industria, seguridad y vigilancia, automoción, realidad virtual y aumentada, etc.— en los que es necesario extraer las señales del infrarrojo cercano y sobreponerlas en imágenes de color. Los socios del proyecto ya han presentado una pila de filtros multiespectrales que combinan el infrarrojo cercano y la luz visual en un generador de imágenes para su aplicación en la laparoscopia. Al introducir nuevas tecnologías con nuevos materiales, diseños y conceptos en tecnologías de procesos con sensores de imagen, EXIST fomentará una cuota de mercado en aumento, mejorará la contratación y aumentará la inversión en equipos y materiales innovadores, así como en la fabricación de dispositivos semiconductores.

Palabras clave

EXIST, sensor de imagen, seguridad, retraso e integración de tiempo (TDI), dispositivo de carga acoplada (CCD), semiconductor complementario de óxido metálico (CMOS), infrarrojo cercano, laparoscopia, internet de las cosas, visión automática

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