Otimização de hardware para medição de radiação usando sensores de imagem CMOS

Resumo

Este artigo apresenta o projeto, a implementação e a otimização de hardware de um sistema de detecção de radiação baseado em um transdutor de imagem optoeletrônico CMOS comercial e um FPGA de ultrabaixo consumo, voltado para aplicações espaciais com recursos computacionais e energéticos limitados. O trabalho aborda a implementação eficiente de um algoritmo de detecção de eventos, previamente validado em software, em um FPGA Lattice iCE40HX4K. Para isso, a arquitetura do sistema foi projetada utilizando uma abordagem centrada na memória, substituindo métodos baseados em registradores. Isso permitiu a integração de funcionalidades como detecção de eventos, filtragem de pixels defeituosos, contagem e geração de histogramas, operando a uma taxa de um quadro por segundo. A validação experimental foi realizada utilizando sequências reais de imagens irradiadas, previamente adquiridas com o mesmo transdutor optoeletrônico. Os histogramas gerados pelo FPGA mostram um desvio de menos de 3% em comparação com um modelo de referência implementado em MATLAB. Como resultado, a arquitetura otimizada alcança uma redução de mais de 90% no uso de recursos lógicos, mantendo a funcionalidade original.