Los sensores de imagen convencionales están diseñados para capturar el espectro de luz visible. Sin embargo, existe mucha otra información útil más allá de este espectro, en especial la contenida en el llamado infrarrojo cercano. Recientemente, investigadores del Instituto Tecnológico de Tokio (Tokyo Tech), liderados por el profesor Masatoshi Okutomi, han desarrollado, conjuntamente con Olympus R&D, un nuevo dispositivo de imagen que captura simultáneamente ondas del espectro visible además de ondas del infrarrojo cercano, todo ello en un único sensor de imagen.

Sensor RGBN
El nuevo dispositivo incluye en un único sensor la información de color y la de infrarrojo cercano © Tokyo Tech

El trabajo ha sido presentado recientemente en el congreso del IEEE –Instituto de Ingeniería Eléctrica y Electrónica– sobre «Computer Vision and Pattern Recognition» –Visión artificial y reconocimiento de patrones–, a raíz del artículo «A Real-Time RGB-NIR Imaging System Using a Single Image Sensor«, aunque las bases del mismo trabajo ya habían sido presentadas también a principios de año en el congreso del IS&T sobre Imagen Electrónica, tal como se detalla en la nota de prensa oficial.

Sensores convencionales de espectro visible

Los sensores de imagen convencionales están diseñados para capturar el espectro de luz visible, aquel conformado por ondas de luz con una longitud de onda entre 400 y 700 nm aproximadamente.

Espectro visible para el ojo humano
Espectro visible para el ojo humano (aprox. 400-700 nm) © Wikipedia

Estos sensores suelen utilizar lo que se conoce como filtro de color o CFA (Color Filter Array) –ver Sensores de imagen – Filtros y colores– para poder interpolar la información de color de la imagen a partir de la información captada por sus celdas individuales –las cuales solo captan uno de los tres colores primarios: azul, rojo o verde–. Se trata de la conocida como matriz de Bayer –ver Sensores de imagen – Buscando el color–, la arquitectura más común que encontramos en los sensores RGB que incorporan la mayoría de las cámaras y dispositivos de imagen.

Bayer CFA
El filtro de color (CFA) RGB es el usado en la mayoría de sensores de pauta de Bayer, donde la información de color de la imagen final se extrae a partir de los filtros primarios © Tokyo Tech

Añadiendo el infrarrojo cercano

El infrarrojo cercano se sitúa entre el espectro visible y el infrarrojo medio –longitudes de onda comprendidas entre 800 y 2500 nm aproximadamente–. La información proporcionada por la ondas de infrarrojo cercano (NIR, Near-Infrared) es de especial utilidad para los sistemas de visión artificial y procesado de imagen, que hasta ahora podían explotar ambas informaciones usando dispositivos con dos sensores dedicados. El prototipo de Okutomi, sin embargo, va un paso más allá y busca integrar ambos sistemas de captura en uno. Así pues, la idea de un único sensor que combine la información de color de una matriz RGB con la captura de infrarrojo cercano pasa por modificar esta matriz para incluir filtros que sean sensibles al NIR, simbolizados como filtros «N», lo que da lugar a una matriz RGBN.

Sensor RGBN
El prototipo de sensor RGBN incluye filtros RGB para los colores primarios y filtros N para el infrarrojo cercano © Tokyo Tech

El equipo de investigadores ha desarrollado también, junto con el sensor de imagen RGBN, los correspondientes algoritmos de procesado de imagen de interpolación cromática y corrección de color que pueden ejecutarse en tiempo real, a 60 fps. Estos algoritmos son necesarios para extraer la información necesaria a partir de las muestras de los canales individuales que conforman los diferentes filtros utilizados (R, G, B y N). Por otro lado, y a pesar de que no se menciona en la nota de prensa, hay que tener en cuenta que el hecho de incluir filtros «N» en la estructura del sensor reduce el número de celdas fotosensibles destinadas a la obtención de los filtros de los canales primarios RGB, lo cual redundará en una menor eficiencia en cuanto a la intensidad lumínica captada.

Aplicaciones para un sensor RGBN

Ortofotografía NIR
Ortofotografía para agricultura de precisión con infrarrojo cercano © Drone by drone

Es de esperar que este dispositivo de captura combinada despierte el interés de campos de aplicación donde la información de infrarrojo cercano es de gran ayuda, como la imagen médica, la robótica, los sistemas de seguridad o la agricultura. Este último campo es de especial importancia en la actualidad, sobre todo desde el auge del uso de drones para la ortofotografía, que simplifican mucho la obtención de imágenes aéreas de todo tipo para la teledetección o el análisis de índices de vegetación en la agricultura –ver Ortofotografía – De drones y cámaras–.

Índice de vegetación NVDI
El diferente comportamiento de los espectros visibles e infrarrojo cercano permite obtener índices de vegetación diferenciales © Earth Observatory

En efecto, en el caso de los índices de vegetación –útil para diferenciar las superficies cultivadas de las arboladas, por ejemplo, o incluso identificar específicamente especies vegetales–, el infrarrojo cercano juega un papel determinante, pues permite obtener una información complementaria a la aportada por el espectro visible, al aportar diferentes reflectancias.

En resumen, se trata de un interesante avance que permitirá, para campos de aplicación determinados, usar un único sensor sensible a los espectros visibles e infrarrojo, lo cual redundará, sin lugar a dudas, en una simplificación de los dispositivos de imagen resultantes.

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