imec slaat de brug tussen beeldsensor en systeemkennis

imec is voorloper in innovatieve hyperspectrale beeldsensoren voor industriële en medische toepassingen. De groep vergemakkelijkt het gebruik van sensoren door te innoveren op systeemniveau.

Trefwoorden: #Andy Lambrechts, #beeldsensoren, #hyperspectrale sensoren, #imec, #wafers

Lees verder

Magazine

Download het artikel in

ENGINEERINGNET.BE - “Deze beeldsensoren kunnen in massa geproduceerd worden tegen een marktconforme prijs. Lichte en compacte camera’s, rond deze chips gebouwd, leiden tot nieuwe toepassingsmogelijkheden”, aldus Andy Lambrechts, MSc en PhD in elektrotechniek, program manager integrated imaging imec.

Hyperspectrale camera’s splitsen het licht in tientallen, zelfs honderden nauwe bandjes en geven iedere pixel in het beeld een spectrale handtekening. Zo worden zaken die voor onze ogen onzichtbaar zijn toch zichtbaar.

“Mogelijke toepassingsdomeinen zijn precisielandbouw (inspectie van gewassen…) en transport- of sorteerlijnen waarbij ook op kwaliteitscriteria kan worden gewerkt. Er zijn eveneens toepassingen in de medische sector: door middel van hyperspectrale sensoren kan de chirurg de huid van een patiënt snel screenen en zones met een goede doorbloeding van deze met een slechte doorbloeding onderscheiden”, aldus Lambrechts.

Andy Lambrechts staat bij imec aan het hoofd van het team verantwoordelijk voor geïntegreerde beeldvorming en werkt aan technologieën zoals o.m. hyperspectrale beeldvorming. Hij is ook betrokken bij andere activiteiten die de chiptechnologie van imec combineert met knowhow rond systemen en software voor de ontwikkeling van nieuwe visietoepassingen. Industriële camerabouwers integreren al meerdere jaren de hyperspectrale sensoren van imec.

Recent voegde imec, voortbouwend op de camera’s van deze partners, verdere componenten aan de systemen toe om tegemoet te komen aan de industriële en medische noden. Deze beeldsensoren kunnen flexibel ontworpen worden in functie van de voor de toepassing vereiste spectrale banden en resolutie.

“Hyperspectrale camera’s splitsen het licht dat door een object wordt weerkaatst in een reeks nauwe spectrale banden. Deze worden voor elk punt in het beeld tegelijk opgenomen en verwerkt, wat resulteert in een spectrale handtekening voor elke pixel in de scene”, aldus Lambrechts.

Mosaic sensoren
De manier waarop een hyperspectrale camera wordt ingezet binnen een bepaalde toepassing is vaak heel verschillend. Veelal worden er beelden gemaakt van bewegende objecten, zoals op een transportband, vanuit een satelliet of op een drone.

In andere gevallen zit de waarde in een meting die verandert in de tijd, waardoor een analyse moet gebeuren op een videosequentie. imec ontwikkelde verschillende hyperspectrale sensoren in functie van deze andere eisen. De imec lijnsensoren bieden tot 150 spectrale banden en een hoge beeldresolutie. Door het grote aantal spectrale banden kunnen ze veeleisende analyses uitvoeren, zoals kwaliteitsmetingen op voeding.

Een lijnsensor wil echter steeds een beweging van onderwerp of camera, wat niet altijd praktisch is. Bij de imec mosaic scanners daarentegen worden pixels in groepen van 16 (4x4) samengenomen waarop dan een identiek aantal filters wordt gelegd.

Elk hyperspectraal filtertje ligt exact boven een pixel van de beeldsensor. De imec mosaic sensoren nemen een groot aantal beelden per seconde van dynamische effecten op en dit in 16 (voor zichtbaar licht) of 25 (voor nabij infrarood) parallelle spectrale banden per beeld. Hierdoor zijn ze erg gebruiksvriendelijk, zij het dat ze een lagere resolutie leveren.

Snapscan concept
Omdat veeleisende toepassingen vaak een combinatie vergen van het beste van beide bovenstaande sensoren heeft imec verdere stappen gezet op systeemniveau. Het integreren van de lijnscan sensoren in combinatie met een geminiaturiseerde mechanische scanner binnenin een compacte camera, combineert de sterktes van de lijnscansensor met het gebruiksgemak van imec mosaic sensoren.

Dit unieke, innovatieve Snapscan concept is het resultaat van een multidisciplinaire teamaanpak in direct contact met de toepassingsgedreven noden van de industrie. Door zijn gebruiksgemak is de Snapscan een ideaal instrument voor medische toepassingen, microscopie of de haalbaarheidsstudies die de verdere implementatie van hyperspectrale sensoren in de industrie voorafgaan.

Innovatie nu ook op systeemniveau
Er blijkt vandaag niet onmiddellijk een behoefte aan een verdere miniaturisering van de hyperspectrale beeldsensor. “De drijvende krachten in onze huidige onderzoeksactiviteiten zijn de haalbaarheidsstudies voor klanten en de vraag van bepaalde klanten naar een breder spectraal bereik”, aldus Lambrechts.

“In functie van een specifieke toepassing wordt nagegaan of hyperspectrale cameratechnologie nuttig kan worden aangewend. Eens de beslissing valt wordt één van de camerabouwers erbij betrokken. We willen een nog breder spectraal gebied afdekken, met nog meer spectrale banden in andere delen van het spectrum. Onder meer vanuit de sector van het sorteren en recycleren van kunststoffen is er interesse voor shortwave IR-toepassingen, waardoor soorten kunststoffen van mekaar kunnen worden onderscheiden.

In shortwave IR is het spectrum relevant om te onderscheiden of het bijvoorbeeld om polypropyleen of polyethyleen gaat. In de loop van volgend jaar zullen prototypes van sensoren beschikbaar zijn die spectrale analyse in shortwave IR mogelijk maken”, aldus Andy Lambrechts. “Imec is niet langer enkel innovatiegericht op chipniveau maar ook op systeemniveau.”


door Philip Declercq, Engineeringnet Magazine