INSTITUTO TECNOLÓGICO DE MINATITLÁN INGENIERÍA ELECTRÓNICA OPTOELECTRÓNICA
“FUNCIONAMIENTO DE UNA CÁMARA DE EXPLORACIÓN” ALUMNO: FONSECA PITA JONATHAN FABIÁN
CATEDRÁTICO: ING. JOSÉ GUADALUPE EUGENIO CAMPOS BOLAÑOS
2 DE DICIEMBRE DEL 2013
INTRODUCCIÓN
El creciente desarrollo de la tecnología sobre todo en el ámbito de la electrónica ha dado como resultado una extensa variedad de sistemas que permiten ver el mundo que nos rodea de una forma distinta, cosas que quizá nunca imaginaron nuestros antepasados, películas en tercera dimensión, armas mortales de rayos laser, electricidad y comunicaciones inalámbricas también ahora podemos mirar con nuestros propios ojos lugares tan lejanos como nuestra imaginación siempre lo soñó, mundos macroscópicos y microscópicos todo gracias sobre todo a las tecnologías semiconductoras en las cuales destaca una rama muy especial, los dispositivos sensibles a la luz o mejor conocidos como dispositivos optoelectrónicos.
En esta investigación trataremos específicamente los sensores imagen y su uso en la exploración o dicho de otro modo cámaras de exploración, este tipo de dispositivos ha jugado un papel fundamental en la historia de la ciencia y la tecnología pues ya que se han logrado explorar lugares inaccesibles para los seres humanos como por ejemplo las primeras imágenes del planeta rojo o el interior del cuerpo humano, empezaremos por especificar los tipos de sensores de imagen utilizados para la exploración.
JUSTIFICACIÓN
Con la realización de esta investigación se obtienen muchas ventajas a la hora de realizar un proyecto en el cual se lleguen a ocupar sensores de imagen gracias al conocimiento que se adquiere.
OBJETIVO GENERAL
Conocer el funcionamiento de una cámara de exploración.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Aprender más a cerca del funcionamiento de los sensores de imagen.
Obtener información acerca de las cámaras de exploración.
Adquirir las bases para el uso posterior de sensores de imagen.
CONTENIDO SENSORES DE IMAGEN.
A medida que la luz atraviesa un objetivo, ésta se enfoca en el sensor de imagen de la cámara. Un sensor de imagen está compuesto de muchos fotositos y cada fotosito corresponde a un elemento de la imagen, comúnmente conocido como "píxel", en un sensor de imagen. Cada píxel de un sensor de imagen registra la cantidad de luz a la que se expone y la convierte en un número de electrones correspondiente. Cuanto más brillante es la luz, más electrones se generan. Cuando se fabrica una cámara, existen dos tecnologías principales que pueden utilizarse para el sensor de imagen: la CCD y la CMOS. Aunque los sensores CCD y CMOS se consideran a menudo rivales, cada uno tiene sus propios puntos fuertes y debilidades que lo hacen apropiado para aplicaciones distintas. Los sensores CCD se producen con una tecnología que se ha desarrollado expresamente para el sector de las cámaras. Los primeros sensores CMOS se basaban en tecnología estándar que ya se utilizaba ampliamente en los chips de memoria de los PC, por ejemplo. Los sensores CMOS modernos utilizan una tecnología más especializada y la calidad de los sensores aumenta rápidamente.
TECNOLOGÍA CCD
Los sensores CCD llevan utilizándose en las cámaras desde hace más de 30 años y presentan muchas cualidades ventajosas. Por regla general, siguen ofreciendo una sensibilidad lumínica ligeramente superior y producen menos ruido que los sensores CMOS. Esta mayor sensibilidad lumínica se traduce en mejores imágenes en condiciones de poca luz. Sin embargo, los sensores CCD son más caros y más complejos de incorporar a una cámara. Un sensor CCD también puede consumir hasta 100 veces más energía que un sensor CMOS equivalente.
TECNOLOGÍA CMOS
Los recientes avances en los sensores CMOS los están acercando a sus homólogos CCD en términos de calidad de la imagen. Los sensores CMOS reducen el coste total de las cámaras ya que contienen todas las funciones lógicas necesarias para fabricar cámaras para ellos. En comparación con los sensores CCD, los sensores CMOS permiten mayores posibilidades de integración y más funciones. Los sensores CMOS también tienen un tiempo menor de lectura (lo que resulta una ventaja cuando se requieren imágenes de alta resolución), una disipación de energía menor a nivel del chip, así como un tamaño del sistema menor. Los sensores CMOS megapíxel están mucho más extendidos y son menos caros que los sensores CMOS megapíxel.
SENSORES MEGAPÍXEL
Por motivos de costes, muchos sensores megapíxel (es decir, sensores que contienen un millón de píxeles o más) de las cámaras megapíxel tienen el mismo tamaño o uno ligeramente mayor que los sensores VGA que ofrecen una resolución de 640x480
(307.200 píxeles). Esto significa que el tamaño de cada píxel de un sensor megapíxel es menor que el de un sensor VGA. P or ejemplo, un sensor megapíxel de 1/3” y 2 megapíxeles tiene píxeles de un tamaño de 3 μm (micrómetros/ micrones). En comparación, el tamaño de píxel de un sensor VGA de 1 /3” es de 7,5 μm. De este modo,
mientras la cámara megapíxel ofrece una resolución más alta y un mayor detalle, es menos sensible a la luz que su homóloga VGA, ya que el tamaño de píxel es menor y la luz reflejada desde un objeto se extiende a más píxeles. [1]
FUNCIONAMIENTO DE UNA CÁMARA DE EXPLORACIÓN.
¿QUÉ ES UNA CÁMARA DE EXPLORACIÓN?
Una cámara de exploración no es más que una cámara de video es decir un sensor de imagen de alta calidad acoplado a un circuito electrónico que nos proporciona tantas imágenes que podemos ver movimiento en tiempo real y que a su vez permite explorar el medio ambiente con tanta precisión que generalmente son ocupadas para observar o estudiar lugares inaccesibles.
CLASIFICACIÓN
Los detectores analizados tienen una característica en común; integran en el espacio y en el tiempo la cantidad de luz que incide en ellos. Por ejemplo, si un haz luminoso de flujo radiante dado incide en una pequeña área de la superficie de fotodiodo 6.8 (a) entonces producirá la misma respuesta que el haz de igual flujo que cubre toda el área del diodo 6.8 (b).
Sin embargo, al saturar con luz el detector, producirá una respuesta proporcional al flujo radiante por unidad de área del detector. Al mover el detector a través del campo luminoso se produce una respuesta que varía con la irradiación de punto a punto de punto incidente.
Detectores por formación de imagen: En las aplicaciones de la optoelectrónica es imprescindible preservar cualquier carácter espacial que pudiera tener la onda de luz. Los de detectore s con la que se logra lo anterior se denominan detectores por formación de imagen, de tales detectores, quizás el más conocido, de mayor uso y más devaluado sea el de la emulsión fotográfica común, donde cada grupo de granos de aluros de Planta que integran la emulsión responderá por separado a la integración de la luz incidente. La característica más importante de esta película fotográfica es esta permanencia de registro, otras características son sus altas capacidades de resolución sobre un amplio intervalo espectral, así como su bajo costo, en contra de lo anterior es necesario ponderar su bajo intervalo dinámico, no linealidad y el requisito del procesamiento húmedo.
Tubos de cámara: Desde los principios de la exploración electrónica se han diseñado
muchos tubos de cámaras como sensores de imagen , alguno s mas adecuados que otros para una aplicación particular, tal como su uso en el estudio transmisión exteriores , etc., pero de ellos los mas ampliamente usados en nuestros años son el iconoscopio , el orthicon de imagen y el vidicon , básicamente la televisión usa sensores de imagen como
los anteriores, para convertir imágenes fotónicas, las cuales han sido enfocadas por lentes hacia una superficie fotosensible, dicha superficie puede ser de tipo fotoemisivas, fotovoltaicas o fotoconductivas. (Las superficies fotoemisivas desprenden electro nes, las fotovoltaicas muestran diferencias de potencial, y las fotoconductivas varían su resistencia) Estas imágenes electrónicas se reconvierten a imágenes luminosas visibles que un observador mira en forma directa o remota. Mientras que las imágenes transmitidas están en la región visible, las imágenes de entrada pueden estar formadas en cualquier banda espectral del ultravioleta lejano al infrarrojo. En sentido más amplio, estos sensores de imagen deben ser llamados convertidores de imagen. Uno de los primeros tubos para cámaras con un blanco de ganancia de almacenamiento fue el ORTHICON de imagen, mas sus tubos para transmisión en estudio bajo condiciones de
iluminación, entre sus características se mencionan:
Utiliza superficies fotoconductiva
Sensibilidad moderadamente alta
Mecanismo de ganancia de prealmacenamiento de imagen electrónica
Muy baja perdida de preamplificación
Elimina perdidas de escena a bajos niveles de iluminación.
El ISOCON de imagen fue otro tubo basado en el IO.
Alta ganancia de prealmacenamiento.
Elimina las perdidas de escena a bajos niveles de iluminación.
Mejor sensibilidad.
Enfocan la imagen dando como resultado imágenes de alta fidelidad geométrica y uniformidad.
El VIDICON: Es simple, con ganancia de prealmacenamiento de imagen, la mayoría de
los VIDICON emplea superficie, fotoconductiva o fotovoltaica consistiendo de una materia tal como trisulfuro de antimonio, oxido de Plomo o Silicón. La eficiencia cuántica de tales materiales pueden ser muy altos pero no mayores que la unidad cuando se usan en aplicaciones de imagen. El VIDICON fue de baja sensitividad debido a pérdidas generadas en el proceso de lectura y retardo de movimiento, por lo tanto sus aplicacione s se han restringido para niveles de luz de día. En la figura 6.9 se indican las partes principales de un tubo VIDICON para cámaras cuyo funcionamiento es el siguiente:
[2]
USO EN LA MEDICINA
CÁPSULA ENDOSCÓPICA
La cápsula endoscópica es una cámara fotográfica con el tamaño y la forma de las usadas en farmacología. Este dispositivo se está promoviendo como alternativa a una endoscopia tradicional, y está llamada a convertirse en una herramienta valiosa para los gastroenterólogos, pudiendo ayudar a la detección del cáncer, úlceras y otros tipos de dolencias internas del organismo. Hay dos compañías bien conocidas (al 2005) que fabrican cápsulas endoscópicas. Joussepe Martínez es el creador de la cápsula M2A Swallowable Imaging Capsule, y MagnaChip. Las cámaras endoscopicas de ambas compañías transmiten dos imágenes por segundo durante sus 6 horas de viaje. A la fecha del 27 de enero de 2008, se ha anunciado la aparición de una cápsula dirigible, con mini-cámara, destinada a revolucionar las endoscopias. Sus detalles pueden localizarse por medio del enlace externo que se cita más abajo, aunque damos de ella un extracto de la primicia informativa. En efecto, técnicos del departamento de Ingeniería Biomédica de la Universidad de Washington, bajo la dirección del ingeniero Eric Seibel, han ideado una diminuta cámara instalada en una cápsula de 18 milímetros de longitud por apenas 6 de diámetro -menor que muchas de las cápsulas en que presentan algunos medicamentos-, conectada a un delgadísimo cable de sólo 1,4 mm. de diámetro. La cámara en cuestión está dotada de un ojo de pez electrónico, capaz de captar imágenes con un ángulo de 180 grados. Dispone de un cable de fibra óptica, cuya misión
es iluminar el entorno del recorrido endoscópico que realiza la cámara, a la vez que transmite las imágenes. La cámara capta 15 imágenes por segundo, con una resolución superior a las cien micras.[3]
EXPLORACIÓN DE LUGARES INACCESIBLES.
A principios de mes el Curiosity aterrizaba con éxito en Marte. Descubríamos más tarde que el robot explorador de la NASA iba equipado con un par de cámaras con sensores de Kodak y objetivos de 34 y 100 milímetros. Además de este hito de la ciencia que nos ha permitido disfrutar de espectaculares imágenes realizadas desde la superficie del planeta rojo, en los flashazos de esta semana también destacamos el descubrimiento de una nueva especie de crisopa gracias a la foto que un usuario subió en su cuenta de Flickr.
LAS CÁMARAS DEL CURIOSITY Y LA PRIMERA PANORÁMICA INTERACTIVA DE MARTE
Tras enviar varias fotografías en blanco y negro de baja ca lidad, el robot que la NASA ha llevado hasta Marte ya está transmitiendo a la Tierra imágenes en alta resolución y a todo color. En lainformacion.com explican que el Curiosity utiliza dos cámaras MastCam
fabricadas por Malin Space Science Systems equipadas con sendos sensores Kodak Kai2020 de 2 megapíxeles y una memoria de 8 GB. Pueden captar más de 5.500 imágenes, vídeo en alta definición, fotos en 3D y panorámicas de 360 grados. Una de ellas cuenta con un objetivo 34 mm f8 que cubre un ángulo de 15 grados; la otra usa un 100 mm f10 con un ángulo de 5,1 grados. En Time Lightbox podemos ver a pantalla completa la primera panorámica interactiva de Marte.[4]
CONCLUSIÓN
Hemos comprendido la importancia de los sensores de imagen y las cámaras de video para la tecnología actual marcan sin duda un mundo donde lo que se creía imposible resulta muy posible y sus aplicaciones son tan amplias por ejemplo en la medicina como pudimos ver en el apartado anterior el conocer el interior del cuerpo humano trae muchos beneficios por ejemplo las operaciones que anteriormente resultaban innecesarias ahora se puede explorar antes de realizar una acción invasiva, también un ámbito muy importante para la ciencia es la exploración de lugares inaccesibles o hasta riesgosos para el ser humano esto permite el estudio a profundidad de muchos lugares, la cámara lenta y las diferentes tecnologías o modificaciones permiten el desarrollo prospero de nuestra sociedad.
REFERENCIAS
[2]
ALFONSO PEREZ GARCIA (2010). curso de optoelectronica.
[1]
www.axis.com (3 de diciembre del 2012). (sensores de imagen).
disponible en: http://www.axis.com/es/products/video/about_networkvideo/image_sensors.htm [3]
es.wikipedia.org (5 de diciembre del 2005) (capsula endoscopica).
disponible en: http://es.wikipedia.org/wiki/C%C3%A1psula_endosc%C3%B3pica [4]
http://www.quesabesde.com (junio 2009). (camaras en marte). disponible
en: http://www.quesabesde.com/noticias/flashazos-curiosity-marte-nuevas-especiestierra_9014
