Los avances en los sistemas de adquisición de imágenes MWIR estándar pueden reducir el tiempo de desarrollo en dos años

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Soluciones integradas de objetivo con zoom continuo y MWIR

Las cámaras infrarrojas de onda media (MWIR) han sido durante mucho tiempo la solución preferida para un detalle de imagen térmica claro a distancias superiores a un kilómetro (km) para aplicaciones de defensa, contra-UAS, seguridad, UAS y otras aplicaciones de vigilancia de largo alcance. Para satisfacer estos requisitos de obtención de imágenes, estas suelen integrarse con un conjunto de lente de zoom continuo (CZ). El desarrollo de cámaras personalizadas y objetivos CZ puede ser costoso en términos de tiempo y recursos, y puede complicarse. Sin embargo, los recientes avances tecnológicos en soluciones disponibles para el desarrollo de la plataforma MWIR ahora ofrecen a los integradores ahorro de costes significativos, optimización del rendimiento, reducción de riesgos técnicos y mejoras en las programaciones. Los integradores podrían ahorrar dos años de tiempo de desarrollo
o más.

Tradicionalmente, los integradores de plataformas termográficas MWIR debían trabajar con varias empresas para obtener el conjunto del sensor, la óptica y los componentes del subsistema eléctrico. Desde el lanzamiento de Teledyne FLIR en 2021 de múltiples cámaras MWIR nuevas y conjuntos de lentes CZ, los integradores ahora tienen acceso a sistemas listos para usar o semipersonalizados de un solo socio de fabricación que ofrece ventajas de diseño, integración, servicio y soporte.

Este documento revisa los desafíos tradicionales del diseño de la plataforma de imágenes MWIR e ilustra cómo aprovechar un único proveedor de soluciones puede reducir el tiempo de comercialización, la complejidad y la asequibilidad, a la vez que mejora el tamaño, el peso y el rendimiento (SWaP).

Avances en la cámara MWIR y la tecnología de lente CZ

Los avances en los sensores MWIR de alta temperatura operativa (HOT) han permitido mejoras SWaP a nivel del sistema de cámara, junto con un tiempo de obtención de imágenes más rápido, lo que hace que los módulos de cámara MWIR HOT sean perfectos para sistemas aéreos no tripulados (UAS), inteligencia, vigilancia y reconocimiento (ISR) y aplicaciones portátiles como visores de armas.

Se han producido avances igualmente importantes con la tecnología de lentes MWIR CZ. reA diferencia de los objetivos con zoom visible, la óptica MWIR CZ ha sido tradicionalmente compleja y costosa debido a los materiales exóticos necesarios para su fabricación y los desafíos inherentes que mantienen el enfoque dentro de todo el rango de zoom, especialmente al usarse en un amplio rango de temperatura. Ahora, con herramientas de diseño de ingeniería mejoradas, nuevos materiales ópticos y técnicas de fabricación automatizadas, los integradores pueden disfrutar del desarrollo de varios conjuntos de lentes CZ SWaP y de un rendimiento optimizado.

Desafío de diseño tradicional

Figura 1. Conjunto despiezado de la cámara Teledyne FLIR Neutrino LC con lente 19-290 CZ integrada

Un sistema de cámara MWIR consta de múltiples subsistemas. De izquierda a derecha (Figura 1), la óptica de zoom continuo determina el campo de visión (FOV) o la ampliación óptica para la cámara. La lente recopila y enfoca la energía MWIR en la matriz de plano focal (FPA) empaquetada en un conjunto de enfriador Dewar integrado (IDCA). Los componentes electrónicos de la cámara procesan la información del IDCA para convertirla en datos utilizables o una imagen compatible con la salida de la cámara, así como con el software de comando y control.

El método tradicional para adquirir e integrar estas soluciones a menudo requería desarrollar requisitos de subensamblaje separados y trabajar con múltiples fuentes para desarrollar un sistema MWIR CZ. Al desarrollar requisitos de subensamblaje separados, los integradores deben considerar múltiples parámetros de rendimiento y consolidarlos a nivel del sistema para prestar soporte a los proveedores de lentes e IDCA. Consulte la Tabla 1 a continuación para ver ejemplos de consideraciones. Para proyectos con recursos y con requisitos únicos y plazos más largos, esto puede funcionar, pero cada vez más, al igual que con las soluciones de cámaras CMOS, la industria reconoce el valor de trabajar con un único proveedor que sea capaz de proporcionar una solución asequible, lista para usar y de alto rendimiento lo más rápido posible.

Además de las consideraciones descritas en la Tabla 1, estos sistemas de adquisición de imágenes MWIR también pueden sufrir una reducción del rendimiento y la fiabilidad del sistema debido a los inconvenientes de compatibilidad. Esto conduce a pérdidas de eficiencia y complejidad innecesaria en el proceso de desarrollo e integración del sistema, adquisición, fabricación y eventual soporte del sistema.

Tabla 1. Ejemplos de consideraciones de diseño para cámaras MWIR con óptica CZ

Integración y soporte de subsistemas independientes

Tras el diseño, la integración de subsistemas de múltiples proveedores puede presentar desafíos adicionales. Las lentes infrarrojas CZ son extremadamente complejas y requieren una alineación precisa en cinco ejes. Esto requiere un gasto de capital significativo, que puede ascender a más de 400 000 USD para la compra de equipos como: colimadores, cámaras de temperatura, cuerpos negros, equipos de prueba MTF y estaciones de prueba de vibración. Los técnicos e ingenieros de pruebas altamente especializados deben recibir formación y financiación para respaldar la integración. Los protocolos de software también pueden diferir para cada complicación de impulso del subsistema tanto para la integración como para el soporte.

Una vez que las soluciones integradas están en el campo, el soporte y el servicio también pueden ser difíciles de prestar. Por lo general, la asistencia técnica al cliente debe ser gestionada por el integrador junto con los proveedores de IDCA y subsistemas de lentes para conseguir resoluciones satisfactorias. El integrador también debe procesar y desechar una unidad devuelta para su mantenimiento o reparación antes de que el subsistema pertinente pueda devolverse al proveedor para su procesamiento adicional. Esto supone más tiempo y gastos.

Figura 2. El servicio de asistencia y garantía puede requerir la entrada del integrador y los proveedores clave

Soluciones listas para usar y semipersonalizadas

En resumen, una solución lista para usar similar a la serie ® Neutrino IS, en lugar del desarrollo de una solución de lente/cámara personalizada, a menudo proporciona un producto superior debido a las siguientes ventajas:

• Se ha optimizado el SWaP, la usabilidad y el rendimiento de imagen
• Las tolerancias de la óptica a la cámara garantizan la mejor retención de dirección de alineación óptica de su clase
• Los controles eléctricos y de software comunes y simplificados eliminan los problemas de interfaz
• Menos piezas móviles, conectores, cables y SDK de software
• La cámara y el objetivo están alineados con precisión de fábrica y calibrados para ofrecer la máxima calidad de imagen
• Un único punto de contacto para todo el servicio y asistencia técnica

Teledyne FLIR puede ayudar a los clientes a determinar qué solución es la adecuada para su aplicación a partir de las opciones listas para usar existentes o, dada la interfaz común de la serie Neutrino SWaP, las soluciones semipersonalizadas se pueden diseñar e integrar más rápidamente y a un coste menor en comparación con una solución personalizada. Esto permite a los integradores trabajar con un proveedor para soluciones que incluyen: detectores IR, motores de refrigeración, objetivos zoom, electrónica de cámara/lentes y embalaje.

Figura 3. Cartera de la serie ’Neutrino IS de Teledyne FLIR (julio de 2022)

Impacto de lanzamiento al mercado

Con acceso a una amplia cartera de soluciones listas para usar disponibles en tres o cuatro meses, dependiendo del plazo de entrega, los integradores pueden ahorrar significativamente en tiempo y costes de desarrollo. Mientras tanto, las soluciones semipersonalizadas, que normalmente requieren aproximadamente 18 meses, pueden estar listas en un plazo de seis a nueve meses. En comparación, para los programas de adquisición con soluciones personalizadas, los desarrolladores deben prever entre 24 y 30 meses desde la definición de los requisitos hasta la certificación final. Es importante tener en cuenta que estas soluciones personalizadas se pueden optimizar significativamente especificando requisitos a niveles de montaje más altos como los que suelen estar disponibles para los sistemas de cámaras visibles comerciales. Trabajar con un único proveedor de soluciones integradas verticalmente dará como resultado un ciclo de diseño más corto, un proceso de adquisición optimizado y una mayor capacidad para crear soluciones fiables.

Haga clic aquí para obtener más información sobre las cámaras y soluciones MWIR de alto rendimiento de Teledyne FLIR.

Figura 4. Comparación de requisitos, desarrollo, integración y certificación para soluciones personalizadas, semipersonalizadas y listas para usar