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Nuovi sensori per sistemi di visione di nuova generazione per applicazioni nel campo automobilistico, della sicurezza e della medicina

La richiesta di sensori di immagine nelle applicazioni per automobili, per l’Internet delle cose, o per la sicurezza e la sorveglianza, è una sfida per le aziende per migliorare le prestazioni dei loro sistemi integrati. Un progetto finanziato dall’UE ha sviluppato sensori di immagine innovativi che dovrebbero ampliare le funzionalità dei futuri sistemi di visione.

Economia digitale

La prossima generazione di sistemi di telecamere che entrerà sul mercato fra cinque anni si affiderà interamente a nuove tecnologie all’avanguardia. In quest’ottica, il progetto EXIST, finanziato dall’UE, ha studiato e sviluppato nuove tecnologie per sensori di immagini e sistemi per applicazioni future. Le nuove soluzioni combinano elevate prestazioni in termini di velocità, compattezza, selezione di banda e costi. Il sensore di immagine combina il meglio dei diversi mondi L’integrazione a ritardo di tempo (TDI) è una tecnica di formazione delle immagini utilizzata quando un oggetto o una scena si muove linearmente su un riproduttore d’immagini e quando il contenuto della scena non cambia in un breve periodo di tempo. La tecnologia selezionata per la gestione dei dati pixel TDI analogici è la tecnologia CCD (dispositivo ad accoppiamento di carica). Le applicazioni includono principalmente l’ispezione industriale, le scienze della vita e la visione artificiale. I partner del progetto hanno sviluppato una nuova soluzione che combina i pixel CCD TDI insieme ad avanzati driver CMOS (semiconduttori a metallo ossido complementari) e la lettura in un unico chip, consentendo l’utilizzo di un unico riproduttore di immagini con funzionalità CCD e CMOS. «Questa tecnologia unica nel suo genere combina la raccolta e il trasferimento carica-dominio della tecnologia CCD e il potenziale di integrazione di sistema e la rapida lettura che solo il CMOS è in grado di fornire», osserva Piet De Moor, sviluppatore aziendale di IMEC. Altri sensori ad alta risoluzione Un nuovo sensore 4K è stato sviluppato insieme alla catena di elaborazione delle immagini per 4K. Questo lavoro ha portato al lancio di telecamere per la telediffusione LDX86N. Sono stati costruiti anche altri due sensori ad alta risoluzione: un sensore da 32MP e un sensore da 14MP. Per l’elaborazione delle immagini ad alta risoluzione è stato sviluppato un robusto obiettivo zoom UHDTV e l’elaborazione digitale delle immagini hardware in FPGA. Diversi prodotti sono già sul mercato o lo saranno presto, come la nuova telecamera di trasmissione 4K, l’obiettivo zoom cinematografico full frame, le piccole telecamere UHDTV 4K e 8K per la sicurezza e la visione industriale, il nuovo otturatore globale da 14Mp per la visione industriale e il nuovo riproduttore di immagini multibanda ad alta velocità TDI. Le telecamere compatte e i sensori ad alta risoluzione possono essere utilizzati in applicazioni di sicurezza o di visione industriale. «I miglioramenti nelle trasmissioni sono evidenti nella nostra ricerca di una migliore risoluzione televisiva», osserva De Moor. Illuminazione posteriore per la massima sensibilità La maggior parte dei sensori di immagine sono progettati per convertire la luce che cade sul lato anteriore del sensore in elettroni. Le recenti innovazioni progettuali nella disposizione degli elementi di imaging hanno fatto sì che i sensori di immagine retroilluminati aumentino la quantità di luce catturata, migliorando le prestazioni in condizioni di scarsa illuminazione. Sfruttando gli ultimi progressi, i partner del progetto hanno sviluppato strutture di filtri iperspettrali elaborate a livello di wafer su wafer nei sensori di immagine disponibili in commercio. Questi filtri possono essere aggiunti per aumentare le prestazioni di imaging TDI. Combinazione di imaging a colori e vicino all’infrarosso EXIST ha anche introdotto un nuovo sensore di immagine del tempo di volo che combina filtri colore RGB e filtri vicino all’infrarosso a banda stretta. Questa rivoluzionaria piattaforma di integrazione di filtri ottici consentirà molte applicazioni in campi che spaziano dal settore medico, industriale, della sorveglianza di sicurezza e automobilistico, alla realtà virtuale e aumentata, dove i segnali vicino all’infrarosso devono essere estratti e sovrapposti alle immagini a colori. I partner del progetto hanno già presentato una pila di filtri multispettrali che combina luce infrarossa e luce visiva su un riproduttore d’immagini da utilizzare in laparoscopia. Introducendo nuove tecnologie basate su materiali, design e concetti innovativi nella tecnologia di processo dei sensori di immagine, EXIST stimolerà la crescita della quota di mercato, aumenterà l’occupazione e gli investimenti in attrezzature, materiali e dispositivi a semiconduttore innovativi.

Parole chiave

EXIST, sensore di immagine, sicurezza, integrazione a ritardo di tempo (TDI), dispositivo ad accoppiamento di carica (CCD), semiconduttore a metallo ossido complementare (CMOS), vicino all’infrarosso, laparoscopia, Internet delle cose, visione artificiale

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