O futuro das câmeras

A evolução da tecnologia de câmeras industriais e sensores de imagem usados ​​para aplicações de visão de máquina—como a inspeção de monitores de tela plana, placas de circuito impresso (PCBs) e semicondutores, bem como logística de armazéns, sistemas de transporte inteligentes, monitoramento de colheitas e patologia digital— colocou novas demandas em câmeras e sensores de imagem. O principal deles é a necessidade de equilibrar a unidade para maior resolução e velocidade com menor consumo de energia e largura de banda de dados. E, em alguns casos, também há um impulso para a miniaturização.

Do lado de fora, há uma caixa de câmera com recursos de montagem e ótica. Embora isso seja importante para o usuário, existem desafios substanciais internos que afetam o desempenho, a capacidade e o consumo de energia. Hardware, como sensores de imagem e processador, bem como software desempenham papéis importantes aqui.

Com base no que sabemos, que mudanças veremos em câmeras, processadores, sensores de imagem e processamento na próxima década? E como eles afetarão nossa qualidade de vida?

Quando você está escolhendo um carro novo, um tamanho não serve para todos. O mesmo pode ser dito dos sensores de imagem.

É verdade que sensores de imagem cada vez maiores e mais poderosos são muito atraentes para certas classes de aplicações de visão de alto desempenho. Nesses casos, o tamanho, o consumo de energia e o preço dos sensores de imagem usados ​​nesses aplicativos não são tão importantes quanto o desempenho. A inspeção de telas planas é um bom exemplo. Alguns fabricantes de telas planas estão agora procurando por defeitos abaixo do mícron em telas de alta qualidade. Isso é literalmente pequeno o suficiente para detectar bactérias na tela.

As aplicações de astronomia terrestre e espacial exigem um desempenho ainda maior. Pesquisadores do SLAC National Accelerator Laboratory do Departamento de Energia dos Estados Unidos demonstraram uma solução de imagem de 3 Gigapixel – equivalente a centenas de câmeras atuais – usando uma série de vários sensores de imagem menores. De acordo com o SLAC, a "resolução das imagens é tão alta que você pode ver uma bola de golfe a cerca de 15 milhas de distância". Podemos inferir dessa conquista notável que o futuro do que os laboratórios de pesquisa do mundo podem alcançar é quase ilimitado.

Membros da equipe de câmeras LSST do Large Synoptic Survey Telescope se preparam para a instalação da lente L3 no plano focal da câmera, uma matriz circular de sensores CCD com capacidade para imagens de 3,2 megapixels. Imagem via Jacqueline Ramseyer Orrell/SLAC National Accelerator Laboratory

Mas não importa quão alta seja a resolução, podemos ver que imagens 2D bem estabelecidas estão começando a ficar sem capacidade. Os sistemas avançados de inspeção ótica na verdade não exigem maior velocidade ou mais dados. Eles exigem mais e apenas informações úteis.

Um punhado de tendências em torno da quantidade cada vez maior de informações necessárias para cada pixel está ganhando terreno.

A captura de imagem 3D fornece uma dimensão extra, oferecendo mais granularidade, detalhes e capacidade de detecção. Aplicações como inspeção de bateria ou, mais uma vez, fabricação de telas de TV/laptop/telefone estão direcionando os sensores de inspeção ótica para coletar ainda mais informações. Nesse caso, mesmo encontrar defeitos 2D em resolução submícron está se tornando insuficiente, obrigando-nos a descobrir sua altura e possivelmente até sua forma para determinar se as imagens são afetadas por poeira limpável, partículas duras ou agulhas entre outras partículas.

Os desenvolvedores de aplicativos estão empregando diligentemente cores, ângulos e diferentes modalidades de imagem – como 3D ou polarização, que é outra dimensão da luz – para atender às necessidades de seus clientes. Por sua vez, os fabricantes de câmeras estão trabalhando duro para fornecer as ferramentas para o comércio.

A imagem hiperespectral é outra tendência que se fortalece rapidamente. Como a maioria das técnicas de sensoriamento remoto, a imagem hiperespectral faz uso do fato de que todos os objetos, devido às suas estruturas eletrônicas (para o espectro visível) e estruturas moleculares (para o espectro SWIR/MWIR), possuem uma impressão digital espectral única, com base nos comprimentos de onda de luz visível e invisível que absorvem e refletem. Isso revela uma infinidade de detalhes não visíveis com sistemas normais de imagem colorida (por exemplo, humano ou câmera). A capacidade de "ver" a química dos materiais tem ampla aplicação na exploração de minerais, gás e petróleo, na astronomia e no monitoramento de planícies aluviais e pântanos. Alta resolução espectral, separação e velocidade são úteis na inspeção de wafer, metrologia e ciências da saúde.