Pues ya cerrando las puertas de este 2017, el año del décimo aniversario del smartphone, las pantallas «infinitas», el efecto Bokeh o el Face ID, os traemos otro avance en el campo de la microtecnología. En este caso le toca el turno al sensor de cámara y, aunque el proyecto lleva gestándose hace ya tiempo, ha sido el pasado día 20 cuando ha visto la luz de manera oficial en la revista Optica con la rúbrica de J. Ma, S. Masoodian, D. Starkey, y Eric R. Fossum, y el soporte del Dartmouth College Thayer School of Engineering.

Historia «contemporánea». Sensores de cámara

El sensor de nuestra cámara es aquel elemento sobre el que se proyecta la luz formando la imagen que queremos inmortalizar; de ahí que lo fundamental sea capturar la máxima cantidad de luz incidente que pueda ser convertida luego en una señal digital. A posteriori esas imágenes serán almacenadas en la memoria del teléfono o en una tarjeta microSD.

QIS
Sensor CMOS del iPhone 5s. Imagen propiedad de Apple.

O sea, que para las cámaras digitales, como la de nuestro terminal, sería algo así como el «carrete» que antaño usaban las analógicas.

CCD vs CMOS

La tecnología con la que se fabrican  puede ser diversa, si bien han sido CCD (Charge-Coupled Devices) y CMOS (Complementary Metal-Oxid-Semiconductor) las más empleadas y, entre ambas, la que se ha llevado la parte del león en lo que a la industria del móvil se refiere es la que implementa el sensor CMOS. Básicamente por dos «ventajas» con respecto a su competidor: menor consumo y menores costes de producción.

En el inicio los CMOS presentaban una reducida calidad de imagen frente a los CCD, sin embargo su evolución, de la mano de Sony, con el sensor retroiluminado o BSI-CMOS que logró mayor sensibilidad con menor ruido, no ha hecho más que reforzar y extender de forma casi universal su empleo.

En 2008 Sony comercializó el primer BSI-CMOS, el EXMOR R, y fueron los fabricantes de smartphones los más beneficiados; la cámara del iPhone 4s es un ejemplo de ello. En 2012, Sony, desarrolló los BSI Stacked CMOS, bajo el nombre de EXMOR RS, que mejoraban la captura efectiva de fotones.

QIS
Publicidad del Exmor RS de Sony. Imagen propiedad de Sony

El relevo del CMOS ya está aquí

Y el que da ese relevo no es otro que Eric R. Fossum, doctor en ingeniería, profesor en la Thayer School of Engineering de Dartmouth, y flamante ganador del llamado «premio Nobel de la ingeniería», el Queen Elizabeth Prize, precisamente por su papel en el desarrollo del CMOS.

Eric R. Fossum junto al sensor CMOS. Imagen propiedad de Thayer School of Engineering at Dartmouth

Fossum y su equipo han desarrollado un nuevo sensor, el QIS (Quanta Image Sensor) que ―aseguran― es capaz de capturar imágenes incluso con cantidades mínimas de luz pues sólo necesita un fotón para ello.

No es el primer esfuerzo  en este sentido, pero los anteriores no cuajaron porque, o bien requerían de gran cantidad de píxeles, dando imágenes de baja resolución; o bien, precisaban de mecanismos de enfriamiento del hardware por no ser funcionales a temperatura ambiente.

Y, donde otros fracasaron, los de Darmouth han logrado un sensor de 1 megapíxel que procesa —de forma rápida— 1040 fps, en condiciones de poca luz y a temperatura ambiente. Además —afirman en su artículo de Optica— la tecnología podrá ampliarse fácilmente para crear dispositivos de mayor resolución. En foros científicos en que se discute el trabajo de Fossum, se habla ya de Gigapíxeles.

¿Cómo funciona?

El prototipo QIS inicial con un millón de píxeles, está compuesto por miles de millones de lo que han dado en llamar «jots». ¿Y qué son esta especie de micropíxeles cuyo nombre, en el futuro, nos será muy familiar?  Pues ya lo hemos apuntado al hacernos la pregunta: actúan como diminutos píxeles, y en condiciones extremas ―de poca luz―, cada jot capta ese único fotón. A partir de ahí, el QIS se ha diseñado en capas, lo que permite que los datos se lean a velocidades de miles de fps.

QIS
Proceso de formación de una imagen con el prototipo del chip QIS operando a 1040 fps. Propiedad de Optica

Por otro lado, el equipo, además de desarrollar el QIS, tuvo en cuenta aspectos prácticos que ayudarán a que su difusión sea rápida y sin grandes incrementos en el coste de producción. Uno de esos aspectos, lo decíamos antes, es la disposición en capas, el otro es que los investigadores lo han diseñado para que pueda aprovechar el hardware de los CMOS.

Aplicaciones

En astrofísica, permitirá una mayor detección de señales de objetos distantes. En biología y medicina proporcionará una mejor visualización de las células bajo un microscopio.

En el campo de la cinematografía y la fotografía, la mayor sensibilidad a la luz permitiría que el sensor «grabe» con una apariencia más cercana a la realidad, mientras mantiene las características de un archivo digital, como la edición por medio de software. Los propios padres de la criatura, aseguran que podrá habilitar vídeos de calidad IMAX

¿Para cuándo?

El QIS precisa de mucho trabajo antes de ser producido de forma industrial. A día de hoy, por ejemplo, sólo funciona como sensor monocromo. Según Phys.org, no se trata de una innovación a corto plazo, sino que «podría ser la evolución de la fotografía digital en la próxima década».

El dato curioso. La primera cámara fotográfica digital usaba un sensor CCD y fue creada por Steven Sasson, ingeniero de Kodak, en 1975. Tenía una resolución de 0,01 Mpx, solo capturaba imágenes en blanco y negro, y pesaba casi 4 Kg.

QIS
Steve Sasson y la primera cámara digital. Kodak 1975

Fuentes: Phys.orgwww.digitaltrends.com; Optica. Volume 4, Issue 12; petapixel.com; Thayer School of Engineering at Dartmouth; www.albedomedia.com.

Si no quieres perderte ninguna novedad, únete a nuestro canal de Telegram: https://t.me/feelingthenet