Mayor resolución de la imagen de RF

Los reflectores RF simples han podido detectar la presencia de un objeto que esté próximo a la resolución extremadamente baja. Al igual que una imagen de un píxel, es posible detectar que algo está ahí, pero es imposible de descifrar la forma, el tamaño, la distancia, el movimiento, la velocidad, la aceleración y cualquier otra información que sea más detallada y nítida. Esta tecnología está creciendo y se está adoptando en una variedad de nuevas aplicaciones. El radar de proximidad simple para la detección de puntos ciego, por ejemplo, ha permitido que el automóvil sea más seguro. Al ubicarse inicialmente en algunos lugares alrededor del vehículo, los automóviles tienen un radar envolvente como parte de su tecnología para evitar coaliciones y también utilizan la detección de proximidad para conveniencia y seguridad (en la operación automática de levantamiento de puerta, por ejemplo).

Sin embargo, eso no es todo. Los automóviles que se estacionan en paralelo pueden aprovechar esta tecnología en una resolución más alta y esencialmente componen un modelo 3-D en el software. Un algoritmo heurístico (similar a una ruta PCB automática) encuentra el mejor enfoque y el control de movimiento servo de realimentación se hace cargo de la rueda de dirección, los frenos y el acelerador. Esto supera la capacidad de un sensor de tipo píxel individual ya sea que se necesiten sensores de mayor resolución o si se produce una orientación de haz (o ambos).

RF tiene ventajas sobre la luz visible, cuando se trata de la formación de imágenes y matrices de sensor RF puede suplantar o mejorar los detectores de luz visible de estilo CCD cuando se trata de aplicaciones de imagen basados en el procesador. Este artículo analiza las tecnologías que se pueden utilizar para obtener imágenes RF de mayor resolución. Se analizan las técnicas y los enfoques, así como las ventajas y desventajas en comparación con las técnicas de video. Todas las piezas, las hojas de datos, los tutoriales y los sistemas de desarrollo mencionados aquí se pueden encontrar en el sitio web de DigiKey.

Fuera de las sombras

RF tiene ventajas sobre la luz visible, cuando se trata de la formación de imágenes y sensores RF y matrices pueden suplantar o mejorar los detectores de luz visible de estilo CCD en los mercados y zonas donde corresponda. En ambos casos, la mejora de imagen basada en el procesador y el análisis se realizará una vez que se establezca el elemento finito "alambre" de la realidad.

Quizá no haya notado que la tecnología de proximidad RF se utiliza desde hace décadas, realizando un seguimiento desde las sombras. Los primeros detectores de movimiento PIR hubieran funcionado pero, digamos, "no eran constantes". Las falsas alarmas eran comunes por lo que la industria elaboró sistemas de doble tecnología que utilizan pulsos de microondas para detectar cambios en la proximidad o el movimiento. Tanto los sensores PIR como los sensores de microondas deben trabajar juntos para minimizar las falsas alarmas.

Lo que hizo posible estas tecnologías para el despliegue generalizado fue el desarrollo de emisores y detectores de silicio, lo que incluyó la producción en masa en la ecuación y eliminó la necesidad de alineaciones o calibraciones costosas. Los primeros detectores PIR colocados estratégicamente en un PCB permitieron el rápido crecimiento de los productos detectores de movimiento en los sistemas de seguridad de todo el mundo. Los diseñadores pronto aprendieron a compensar las condiciones del ambiente de alumbrado (Figura 1).

Cabe señalar aquí que los modernos detectores PIR de un solo bit aun son una tecnología vibrante y viable, y serán útiles en el futuro. Para ahorrar energía, en muchos casos solo será necesario un PIR activo. Cuando se produce una situación de alerta o activación, entonces se pueden encender los emisores de sensor de microondas, RF o video.

Figura 1: La disponibilidad de sensores monolíticos precisos hace que la producción en masa sea posible. Este fue el caso con las matrices PIR, CCD y sensores de video y será válido para sensores RF también. Tenga en cuenta la fotocélula de cadmio-sulfuro para permitir la compensación de luz ambiental.

Diferentes enfoques para la formación de imágenes

Los dispositivos más comunes de imágenes pasivas de consumo utilizan detectores de video como elementos sensores de bajo costo, aprovechando las técnicas de procesamiento DSP de alta velocidad para revelar los detalles de una imagen que incluso el ojo humano no puede percibir. Ya sea un campo de vista fijo, o una tecnología de reflectores en movimiento pueden permitir que un moderno sensor de imagen de alta resolución capture una imagen y la transporte a un procesador embebido, DSP, FPGA, o un elemento de procesamiento de imágenes dedicada como la TI SN65LVDS324ZQLR. Una evaluación práctica del sensor de visión y una placa de desarrollo como el Cognimem 901-3001 puede ser un buen lugar para comenzar a adquirir imágenes de prueba.

Los sensores de video, sin embargo, son generalmente pasivos. Los emisores IR se pueden utilizar para permitir la adquisición de imágenes con poca luz, e incluso los emisores de color variables pueden aportar mayores detalles. Sin embargo, realizar un análisis con un mayor alcance y resolución por lo general requiere RF o láseres.

La tecnología Flying Spot Scanner no es nueva, pero aun tiene vida. Estos son similares a escáneres de línea 1-D en una máquina de fax, un escáner de barra gráfica en un supermercado, o un escáner 2-D tales como los utilizados en un pico proyector. Al igual que un análisis de un archivo de video los láseres trazan un campo de visión patrón y un detector de intensidad sencilla crea una señal de video que puede ser alineada con un sistema de visualización o enviada a la memoria del procesador para su análisis.

Las primeras impresoras láser y escáneres utilizan un conjunto de espejos octogonales y hexagonales que giran gracias a un motor para escanear un arco (Figura 2). Inicialmente en 1-D, estos haces de intensidad modulada cargarían un tambor de sulfuro de cadmio que podría transferir carga al papel antes de entrar en una sección de tóner. Una vez más, la aplicación de los procesos de silicio para esta función ha permitido que la tecnología de tubo luminoso digital que utilizan los sistemas mecánicos microelectrónicos (MEMS) pueda implementar espejos en movimiento en un chip.

Figura 2: Los escáneres de punto flotante mecánico para 1 y 2 dimensiones han demostrado ser fiables y resistentes en los lectores de códigos de barras e impresoras láser y pueden ser adaptados para utilizar vigas de RF de onda guiada.

Los escáneres de punto flotante utilizan un haz de estado estacionario sin modulación de intensidad y un detector que es sensible a la longitud de onda óptica o RF del emisor. La señal reflejada que entra en el detector crea una señal de video cuya intensidad instantánea representa la reflectividad de la superficie que se está escaneando. De esta manera, una imagen en la memoria se construye de forma automática mediante la sincronización de los detectores de línea de salida y los detectores de línea de llegada que corresponden a los límites de dirección de memoria. El tiempo que tarda una señal en volver indica el alcance.

Los espejos en movimiento pueden ser el reflejo de diferentes longitudes de onda como la luz o RF y monolíticos de espejo móvil como el Texas Instruments DLP3000FQB y DLP4500FQE puede realizar las deflexiones electromecánicos necesarias para resoluciones WVGA y WXGA, respectivamente. Sabemos que estas piezas pueden tener un precio competitivo ya que los fabricantes de televisores los utilizan en gran cantidad. También sabemos que los recubrimientos superficiales pueden ser utilizados para construir superficies reflectantes a diferentes longitudes de onda y las vigas de RF pueden ser reflejadas al igual que otras formas de energía electromagnética.

Varios sistemas de desarrollo de video y EVAL se pueden utilizar para probar y crear prototipos de este enfoque. Tenga en cuenta que el espectro de imagen no es importante para los procesadores y la memoria: una vez que se captura una imagen en la memoria, no importa si el análisis de origen fueron los rayos infrarrojos, UHF, UV o gamma. La representación de intensidad modulada en la memoria aun refleja el mundo real (sin juego de palabras).

Otra cosa a tener en cuenta es que la RF de baja frecuencia hace que sea más fácil detectar distancias de proximidad más estrecha que la luz visible. Las frecuencias más bajas pueden detectar alineaciones de fase mientras que la luz visible es mucho más difícil de discernir. Esta es la razón por la que la señal RF de mayor longitud de onda tiene ventajas aquí en comparación con la luz visible y los enfoques basados en video.

Tenga en cuenta también que las frecuencias moduladas en la portadora de RF pueden agregar valor. Los patrones Chirp pueden simplificar mediciones en tiempo reflejada ya que los puntos de alineación se pueden recoger fácilmente. Además, las frecuencias cambiantes pueden recoger resonancias en la superficie reflectante. Mejor aun, las modulaciones de audio y ultrasónicas pueden permitir reacondicionar la tecnología avanzada que ya está desarrollada.

Un enfoque de sonido

La misma tecnología que se utiliza para la formación de imágenes ultrasónicas se puede utilizar para obtener imágenes de RF. En este caso, los emisores dirigen un haz para marcar el camino con la señal ultrasónica modulada y los receptores lo recogerlo y pasan los datos a los procesadores altamente integrados que pueden extraer detalles con bastante rapidez.

Existen varios monolíticos que se pueden utilizar para ayudar a incluir direcciones de haz tal como el primer TI LM96570SQE/NOPB de transmisión configurable de haz (Figura 3). Las frecuencias de pulso de hasta 80 MHz pueden emitirse en ocho canales individuales o todos al mismo tiempo con hasta 64 patrones de bits con 0.78 ns de resolución de tiempo. Un buen ejemplo de un generador de impulsos de ultrasonido es el Microchip MD1712FG-G que acciona dos canales para generar formas de onda de cinco niveles.

Figura 3: Las señales de ultrasonido de los componentes de imagen avanzados e integrados se pueden utilizar como señales moduladas por sobre la señal RF, al dibujar un campo de visión de escape RF. El conjunto de chips de imagen ya disponibles simplifican los diseños de procesamiento de imágenes back end.

Del mismo modo, el generador de impulsos STMicroelectronics STHV800L tiene hasta 300 MHz de ancho de banda y, aunque los circuitos de accionamiento piezoeléctrico de alto voltaje están diseñados para trabajar con transductores piezoeléctricos, si estas partes hacen el 90 % de la elevación pesada, entonces el diseño de una interfaz para etapas de RF es comparativamente simple . El STEVAL-IME009V1 de 8 canales es una forma rápida y práctica para aprender, probar y experimentar con esta tecnología.

En este sentido, varios dispositivos de imágenes de ultrasonido se pueden utilizar para la creación rápida de prototipos y acoplarlos fácilmente a las etapas de RF. Una vez que ha sido capaz de construir una imagen en la memoria, una gran parte del trabajo de campo ya ha sido establecido para imágenes RF con mayor resolución.

Antenas arriba

Varias otras técnicas de dirección de haz también se pueden utilizar sin partes móviles, al emplear elementos de antena que pueden permitir la sensibilidad o la dirección de control de haz direccionalmente afinado. Esto, a su vez, puede permitir el diseño y la implementación de un transmisor de escáner de punto flotante RF y una alta ganancia de la antena direccional programada.

Cuando una red en malla está presente, otra técnica se puede utilizar para detectar el movimiento. Esto se conoce como detección de movimiento tomográfico y detecta perturbaciones a ondas de radio a medida que pasan de nodo a nodo en una red en malla. Estos sistemas tienen la capacidad de realizar detecciones sobre áreas completas, ya que pueden detectar a través de paredes y obstrucciones.

Espere más actividad en muchas de estas áreas ya que las frecuencias emisoras de RF se pueden ajustar para ver a través de la niebla (una limitación de los sistemas basados en video) y penetrar superficies (tales como un buscador de viga RF).

Para obtener más información acerca de las piezas tratadas en este artículo, use los enlaces proporcionados para acceder a las páginas del producto en el sitio web de DigiKey.