¿Qué es un núcleo infrarrojo?

El núcleo infrarrojo (Infrared Core Module) es la unidad central de imagen de cualquier cámara termográfica y determina directamente la sensibilidad, la resolución y el rango dinámico del sistema. No se trata de un simple chip detector: es un componente completo que integra en un solo paquete el array de detectores, el circuito integrado de lectura (ROIC), el procesamiento de señal y la interfaz digital. Elegir el núcleo infrarrojo adecuado suele ser más determinante para el rendimiento final que cualquier otro elemento periférico del sistema.

I. Estructura interna del núcleo infrarrojo

Desde la captación de radiación hasta la salida digital, el núcleo infrarrojo se organiza en cuatro capas funcionales:

  1. Array de detectores: convierte la radiación infrarroja en señal eléctrica. Los modelos sin refrigeración emplean mayoritariamente microbolómetros de óxido de vanadio (VOx), sensibles en la banda LWIR (8–14 μm). Los modelos refrigerados recurren a telururo de mercurio-cadmio (HgCdTe / MCT) o antimonuro de indio (InSb), cubriendo MWIR (3–5 μm) y SWIR (0,9–1,7 μm).

  2. Circuito integrado de lectura (ROIC): situado directamente bajo el detector, integra, amplifica y multiplexa la señal analógica de cada píxel antes de enviarla al convertidor analógico-digital (ADC).

  3. Encapsulado y control térmico: los núcleos sin refrigeración utilizan encapsulado hermético con nitrógeno seco; los refrigerados incorporan un enfriador Stirling que mantiene el detector a 77 K (aproximadamente −196 °C) para suprimir el ruido térmico.

  4. Tarjeta de procesamiento digital: ejecuta la corrección de no uniformidad (NUC) y la sustitución de píxeles defectuosos, y entrega el flujo de vídeo normalizado a través de LVDS, MIPI CSI-2 o Camera Link.

II. Diferencias clave entre núcleos infrarrojos refrigerados y sin refrigeración

Parámetro Sin refrigeración (LWIR) Refrigerado (MWIR / SWIR)
NETD 30–50 mK < 10 mK
Consumo del módulo < 3 W 8–35 W (incluido enfriador)
Tiempo de arranque Inmediato 3–8 min
Vida útil del enfriador No aplica 8 000–20 000 h
Pitch de píxel típico 12 μm, 17 μm 10–15 μm
Coste relativo Referencia 3–15× referencia

Criterio de selección: en aplicaciones sensibles al coste, el peso y el consumo —como la inspección aérea con UAV o la inspección de líneas eléctricas— el LWIR sin refrigeración es la opción predominante. Cuando se requiere detectar diferencias de temperatura inferiores a 20 mK o seguir objetivos en movimiento a alta velocidad, el MWIR refrigerado resulta imprescindible.

III. Parámetros clave para seleccionar un núcleo infrarrojo

Pitch de píxel El estándar actual para núcleos sin refrigeración es 12 μm —como en el SPECTRA L06 640×512 LWIR 12 μm—, y algunos productos ya alcanzan los 8 μm. Reducir el pitch permite ampliar el campo de visión con el mismo tamaño de array, aunque el rendimiento del oblea disminuye y el coste por detector aumenta.

NETD (diferencia de temperatura equivalente al ruido) Es la mínima diferencia de temperatura que el sistema puede resolver. El valor nominal se mide a f/1,0 con fondo a 25 °C. Los microbolómetros VOx sin refrigeración ofrecen típicamente 35–50 mK; los detectores MCT refrigerados pueden alcanzar 5–15 mK. En el sistema real, las pérdidas por transmitancia del objetivo añaden normalmente entre un 20 % y un 40 % sobre el NETD nominal del núcleo, por lo que es imprescindible reservar ese margen durante el diseño.

Resolución del array 640×512 es la configuración más extendida para aplicaciones industriales y de seguridad. Para medición de alta precisión o cobertura de grandes áreas, el SPECTRA L12 1280×1024 LWIR permite reducir en torno a un 75 % el número de pasadas de escaneo a igual altitud de vuelo, con un impacto directo en la eficiencia operativa. Existen además variantes polarimétrica (SPECTRA PL06, 7 μm) para detección de camuflaje o análisis de materiales específicos.

Frecuencia de imagen (frame rate) 30 Hz satisface la mayoría de escenarios en tiempo real. Aplicaciones como el análisis de combustión o la medición balística requieren ≥ 60 Hz. Un dato crítico para la adquisición: los núcleos refrigerados con frame rate > 9 Hz y NETD < 50 mK suelen estar sujetos a controles de exportación (EAR / ITAR en EE. UU.); es imprescindible verificarlo antes de la compra.

Protocolo de interfaz

  • MIPI CSI-2: ideal para plataformas embebidas ARM/GPU, bajo consumo.
  • LVDS: robusto y fiable, habitual en tarjetas de control industrial.
  • Camera Link: mayor ancho de banda, típico en equipos científicos de alta velocidad.

La elección de interfaz debe alinearse con la plataforma de procesamiento desde las primeras etapas del diseño. Una adaptación posterior mediante puentes electrónicos introduce latencia adicional y eleva el coste del proyecto de forma difícilmente recuperable.

IV. Normas de referencia

  • ISO 16714 (Non-destructive testing — Thermographic testing): norma internacional para ensayos termográficos por infrarrojos; el catálogo completo está disponible en iso.org, ICS 19.100 — Ensayos no destructivos.
  • SPIE Digital Library: publicaciones de referencia sobre detectores infrarrojos, microbolómetros y sistemas de imagen térmica en spie.org/publications/journals.
  • IEEE Xplore: artículos técnicos sobre diseño de ROIC, algoritmos de corrección de no uniformidad y procesamiento de señal IR en ieeexplore.ieee.org.

V. Recomendaciones de selección del núcleo infrarrojo

  1. Defina primero la banda espectral y luego el tipo de refrigeración: el 80 % de las aplicaciones industriales y de seguridad están cubiertas por el LWIR sin refrigeración. Solo necesidades de alta sensibilidad o de detección en MWIR justifican el salto al núcleo refrigerado, con el consiguiente aumento de consumo, volumen y presupuesto en un factor de 3–10×.

  2. Reserve margen en el NETD: si el sistema exige 50 mK en condiciones operativas, seleccione un núcleo con NETD nominal ≤ 35 mK para absorber las pérdidas del objetivo y la deriva térmica sin comprometer la especificación.

  3. Alinee la interfaz con la plataforma de procesamiento desde el inicio: los adaptadores o puentes de interfaz añaden latencia y coste que raramente se recuperan mediante optimizaciones posteriores de software.

  4. Para núcleos refrigerados, verifique el MTBF del enfriador Stirling: el enfriador tiene una vida operativa definida (típicamente 8 000–20 000 h). Antes de comprometerse con el diseño, confirme el MTBF, las condiciones de garantía y la disponibilidad de repuestos o unidades de sustitución por parte del fabricante.

Preguntas frecuentes sobre núcleos infrarrojos

¿Cuál es la diferencia entre un núcleo infrarrojo y un módulo infrarrojo? El núcleo (core) designa la unidad mínima de imagen —detector + ROIC + procesamiento básico de señal—, generalmente sin objetivo óptico. El módulo infrarrojo integra además el objetivo, la carcasa protectora y el ISP (procesador de imagen), y puede montarse directamente en el sistema final. El núcleo es, por tanto, el subsistema central del módulo.

¿Puede un núcleo sin refrigeración operar en la banda MWIR? No. Los materiales termosensibles sin refrigeración —óxido de vanadio (VOx) y silicio amorfo (a-Si)— responden exclusivamente en LWIR (8–14 μm). La detección en MWIR (3–5 μm) depende de efectos cuánticos que solo se activan cuando el detector se refrigera a temperaturas criogénicas.

¿Un NETD más bajo siempre es mejor? Un NETD más bajo implica mayor sensibilidad térmica, pero también mayor coste y consumo por la refrigeración necesaria. El criterio de selección es “suficiente para la aplicación”: 50 mK es más que adecuado para patrullaje de seguridad perimetral; valores por debajo de 10 mK solo se justifican en guiado de precisión o medición científica.

¿Están los núcleos infrarrojos sujetos a controles de exportación? Los núcleos refrigerados con frame rate > 9 Hz y NETD < 50 mK suelen estar regulados por la EAR o el ITAR en EE. UU. La adquisición para uso interno generalmente no está restringida, pero la reexportación requiere verificar la lista de control del país de destino para evitar riesgos de cumplimiento normativo.

¿Qué resolución de array es suficiente para inspección industrial con dron? 640×512 cubre la mayoría de las misiones de inspección a altitudes operativas habituales. Para reducir el número de pasadas o detectar anomalías de menor tamaño angular, el formato 1280×1024 ofrece aproximadamente cuatro veces más área de cobertura con la misma óptica, aunque implica mayor coste, peso y ancho de banda de transmisión de datos.


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| FAQ | 5 preguntas y respuestas |
| Tono | Técnico-profesional; dirigido a ingenieros y responsables de compras |