Cámaras de Multiplicación de Ganancia en un Chip

¿Cómo Funcionan?

Para superar algunas de las limitaciones de los intensificadores de imagen, los fabricantes han desarrollado una tecnología que mejora la sensibilidad de los detectores CCD de imagen. Esta tecnología, conocida como multiplicación de ganancia en el chip, permite aumentar la señal generada por los fotones detectados antes de que se vea afectada por el ruido del detector.

La multiplicación de ganancia se lleva a cabo después de la detección de los fotones en el área activa del sensor, pero antes de que se sumen las principales fuentes de ruido del detector, como el ruido de lectura.

1. Registro de Multiplicación

   • Se implementa un nuevo registro de multiplicación, donde los electrones son acelerados de píxel a píxel mediante la aplicación de altos voltajes de reloj CCD.

2. Generación de Electrones Secundarios

   • Como resultado de la aceleración, se generan electrones secundarios a través de un proceso conocido como impacto de ionización.

3. Control de Ganancia

   • La ganancia del sistema se puede controlar mediante la variación de las tensiones de reloj, lo que permite ajustar la amplificación de la señal.

Debido a que el incremento de la señal ocurre antes de que la carga alcance el amplificador de lectura, la relación señal-ruido mejora considerablemente en comparación con las cámaras CCD estándar. Esto se traduce en un rendimiento superior en condiciones de baja iluminación.

Sin embargo, la temperatura del CCD influye en la multiplicación de ganancia.

• Temperaturas más bajas generan una mayor ganancia.
• Existen fuentes de ruido previas a la multiplicación, como el ruido oscuro.

Por ello, es recomendable estabilizar la temperatura del detector en valores cercanos o inferiores a la temperatura ambiente, optimizando así su rendimiento.

Otra estrategia utilizada en las cámaras CCD para mejorar la sensibilidad es la reducción del ruido mediante promediado:

• Promediado temporal: Se promedian fotogramas de vídeo secuenciales para reducir el ruido de la imagen.
• Promediado espacial: Se combinan píxeles vecinos en un solo píxel, mejorando la sensibilidad a costa de una menor resolución.

Ventajas y Desventajas de las Cámaras de Multiplicación de Ganancia en un Chip

Ventajas

Alta sensibilidad en condiciones de poca luz.
Menor riesgo de daño en el detector al visualizar fuentes de luz intensas.
Captura de imágenes a alta velocidad.
Buen rendimiento en condiciones diurnas y nocturnas.

Mayor disipación de energía debido a la necesidad de estabilización térmica.
Riesgo de saturación al visualizar fuentes extremadamente brillantes en escenas oscuras.

Las cámaras CCD con multiplicación de ganancia en el chip representan una evolución tecnológica clave en la captura de imágenes en baja luminosidad. Su capacidad de amplificación antes de la introducción del ruido del detector mejora significativamente la calidad de imagen, haciéndolas ideales para aplicaciones en visión nocturna, astronomía, vigilancia y biomedicina.

A pesar de sus ventajas, estas cámaras requieren gestión térmica y control de saturación, aspectos a considerar según la aplicación específica. Con los avances tecnológicos, es probable que estos dispositivos continúen mejorando en eficiencia energética y calidad de imagen, permitiendo nuevas aplicaciones en diversos campos de la ciencia y la tecnología.

Términos destacados :

• Cámaras de multiplicación de ganancia (Gain multiplication cameras)
• CCD de imagen (Image CCD)
• Multiplicación de ganancia en el chip (On-chip gain multiplication)
• Ruido del detector (Detector noise)
• Relación señal-ruido (Signal-to-noise ratio - SNR)
• Registro de multiplicación (Multiplication register)
• Impacto de ionización (Impact ionization)
• Ganancia de señal (Signal gain)
• Temperatura del CCD (CCD temperature)
• Ruido oscuro (Dark noise)
• Píxeles vecinos (Adjacent pixels)
• Promediado temporal (Temporal averaging)
• Promediado espacial (Spatial averaging)
• Alta sensibilidad con poca luz (High sensitivity in low light)
• Estabilización térmica (Thermal stabilization)

El Sistema Galileo es un sistema global de navegación por satélite desarrollado por la Comisión Europea y la Agencia Espacial Europea (ESA). Su principal objetivo es ofrecer una alternativa civil y europea al GPS (Estados Unidos) y al GLONASS (Rusia), garantizando independencia, mayor precisión y cobertura global. Galileo responde a las limitaciones de estos sistemas, que fueron diseñados con fines militares y carecen de garantías civiles en caso de crisis o fallos.

El desarrollo de Galileo se basa en resolver cuatro parámetros críticos de los sistemas de navegación:

1. Disponibilidad: Garantiza que siempre haya satélites visibles.
2. Continuidad: Asegura una transmisión constante de la señal sin interrupciones.
3. Precisión: Proporciona información de ubicación con alta exactitud.
4. Integridad: Ofrece advertencias en caso de fallos del sistema, algo que GPS no garantiza.

Galileo proporciona ventajas significativas:

• Cobertura mejorada en latitudes extremas, como el norte de Europa, debido a su inclinación orbital superior (55°).
• Mayor precisión para aplicaciones comerciales, científicas y críticas, alcanzando márgenes de error mínimos.
• Oportunidades económicas: Se estima un retorno anual de 9.000 millones de euros y la creación de más de 100.000 empleos.
• Redundancia y fiabilidad: Al funcionar en paralelo con GPS, se asegura un sistema dual robusto y confiable.

Galileo consta de una constelación de 30 satélites en órbita media terrestre (MEO) a 23.600 km de altura, distribuidos en tres planos orbitales. Esta configuración mejora la precisión en áreas urbanas y garantiza disponibilidad global. Los principales componentes del sistema son:

1. Segmento Espacial:
   • 27 satélites operativos y 3 de respaldo.
   • Órbita inclinada para mejorar la cobertura en latitudes extremas.
2. Segmento Terrestre:
   • Centros de control y estaciones terrestres encargadas de sincronizar los relojes atómicos, gestionar las órbitas y transmitir datos de navegación.
3. Componentes Regionales y Locales:
   • Ofrecen servicios específicos, como correcciones de señal y mejoras de precisión en aeropuertos o entornos urbanos.

Servicios de Galileo

Galileo ofrece diferentes niveles de servicio para satisfacer diversas necesidades:

1. Servicio de Acceso Abierto (OAS): Gratuito, similar al GPS para aplicaciones cotidianas.
2. Servicios de Acceso Restringido (CAS 1 y CAS 2): Pagos, diseñados para aplicaciones comerciales y profesionales que requieren alta seguridad y precisión.
3. Servicios de Integridad y Tiempo Preciso: Mejoran la fiabilidad, permitiendo alertas inmediatas en caso de fallos.

El funcionamiento conjunto de Galileo con GPS permite a los usuarios acceder a más de 60 satélites simultáneamente, mejorando la precisión y la disponibilidad. En entornos urbanos, esto significa que habrá al menos 4-5 satélites visibles para calcular posiciones precisas.

Además, Galileo es un sistema civil que ofrece garantías legales en aplicaciones críticas, como el transporte aéreo y marítimo. Su independencia y fiabilidad lo convierten en una pieza clave para el desarrollo de nuevas tecnologías de navegación y posicionamiento global.

Con su capacidad de integración con otros sistemas como EGNOS, Galileo no solo corrige las deficiencias actuales de GPS, sino que impulsa el desarrollo económico, tecnológico y de seguridad a nivel mundial.

Términos destacados :

1. Sistema Galileo (Galileo System)
2. GPS (Sistema de Posicionamiento Global) (GPS - Global Positioning System)
3. Constelación de satélites (Satellite Constellation)
4. Precisión (Precision)
5. Cobertura global (Global Coverage)
6. Integridad (Integrity)
7. Servicio de Acceso Abierto (OAS) (Open Access Service)
8. Servicios de Acceso Restringido (CAS) (Restricted Access Services)
9. Segmento terrestre (Ground Segment)
10. Redundancia (Redundancy)

Principio de Galileo (Ver recursos relacionados)

Principio de Galileo: Concepto fundamental en física que establece que las leyes de la mecánica son las mismas en todos los sistemas de referencia inerciales, lo que significa que ningún sistema inercial es preferible a otro para describir el movimiento de los objetos.

Galileo's Principle: A fundamental concept in physics stating that the laws of mechanics are the same in all inertial reference frames, meaning that no inertial frame is preferred over another for describing the motion of objects.

Distancia, separación, apertura; falta, laguna, vacío; distancia interalar, espacio entre alas adyacentes (aviación).

(Magnetismo) Entrehierro.

Campo magnético generado por corriente continua y alterna

Campo magnético con tensión continua

Cuando se aplica una tensión continua a una bobina con núcleo de material ferromagnético, la corriente que circula genera un campo magnético constante. El flujo magnético se establece en el entrehierro (gap) entre los polos del núcleo. Este campo permanece estable mientras se mantenga la alimentación. Se utiliza en:

• Electroimanes
• Relés
• Solenoides de corriente continua
• Bobinas de retención

Si la bobina es alimentada con una señal alterna, la corriente cambia de dirección periódicamente. Esto da lugar a un campo magnético alternante, cuya polaridad e intensidad varían con el tiempo. Este comportamiento es esencial para el funcionamiento de dispositivos que dependen de la variación del flujo magnético. Se utiliza en:

• Transformadores
• Sensores inductivos
• Reactores magnéticos
• Motores de corriente alterna

El entrehierro, también conocido como gap, es un espacio no magnético intencionado en el circuito de un núcleo magnético. Este espacio modifica la distribución del flujo magnético y la inductancia del sistema. Se utiliza para:

• Evitar la saturación del núcleo en bobinas con corriente continua
• Estabilizar el comportamiento del campo magnético
• Permitir el movimiento de partes móviles, como en solenoides o actuadores
• Controlar la energía almacenada en el campo magnético

El entrehierro influye directamente en la eficiencia, respuesta dinámica y capacidad de almacenamiento de energía del sistema magnético.

Entrehierro en cabezales para cinta magnética

En los cabezales de lectura y escritura de cintas magnéticas, el entrehierro (o gap) es una ranura muy estrecha ubicada en el circuito magnético del cabezal. Esta abertura permite que el campo magnético generado por la bobina del cabezal se concentre y actúe sobre una pequeña área de la cinta magnética en movimiento.

Durante la escritura, una corriente eléctrica fluye por la bobina y genera un campo magnético que se concentra en el entrehierro. Este campo orienta los dominios magnéticos de la cinta justo al pasar frente a esa ranura. Durante la lectura, los campos magnéticos previamente grabados en la cinta inducen una señal eléctrica al cruzar el entrehierro del cabezal.

El tamaño del entrehierro es crítico:

• Si es demasiado grande, se pierde resolución y sensibilidad.

• Si es muy pequeño, se mejora la resolución, pero se requiere mayor precisión mecánica.

Por eso, los cabezales de alta fidelidad tienen entrehierros del orden de micrómetros, optimizados para maximizar la precisión sin perder eficiencia magnética.

En resumen, el entrehierro es esencial en el cabezal para lograr una transferencia precisa de información magnética, tanto en procesos de grabación como de reproducción.

Términos relacionados :

• Actuadores electromecánicos ( Electromechanical actuators )
• Alimentación alterna ( Alternating current supply )
• Alimentación continua ( Direct current supply )
• Aplicaciones del entrehierro ( Air gap applications )
• Bobina con núcleo ( Coil with core )
• Bobina de campo magnético ( Magnetic field coil )
• Cabezal de cinta magnética ( Magnetic tape head )
• Campo magnético alterno ( Alternating magnetic field )
• Campo magnético constante ( Constant magnetic field )
• Campo magnético inducido ( Induced magnetic field )
• Corriente alterna ( Alternating current )
• Corriente continua ( Direct current )
• Dispositivos de grabación magnética ( Magnetic recording devices )
• Electroimanes ( Electromagnets )
• Entrehierro ( Air gap )
• Entrehierro en cabezales ( Air gap in heads )
• Equipos de cinta magnética ( Magnetic tape equipment )
• Flujo magnético ( Magnetic flux )
• Funcionamiento de solenoides ( Solenoid operation )
• Inducción magnética ( Magnetic induction )
• Ley de Faraday ( Faraday's law )
• Motor de corriente continua ( Direct current motor )
• Motor de corriente alterna ( Alternating current motor )
• Movimiento lineal ( Linear motion )
• Núcleo ferromagnético ( Ferromagnetic core )
• Relés magnéticos ( Magnetic relays )
• Resistencia del entrehierro ( Air gap reluctance )
• Transformadores ( Transformers )
• Transmisión magnética ( Magnetic transmission )
• Tubo de campo magnético ( Magnetic field tube )