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Consideremos inicialmente os aspectos básicos de um sistema de imageamento em radiologia. A saída de uma fonte de raios X é direcionada para o paciente e um dispositivo sensível à raios X é colocado do outro lado. O dispositivo adquire assim uma imagem dos materiais que compõem o corpo do paciente, que possuam graus diferentes de absorção de raios X. Este dispositivo pode ser um filme, uma câmera de televisão combinada com um conversor de raios X para fótons ou detectores discretos cujas saídas sejam combinadas para a reconstrução de uma imagem digital (Gonzalez & Woods 1992).

Uma outra categoria importante de sensores trata da luz visível e infravermelha. Entre os dispositivos mais freqüentes utilizados para esse propósito estão os microdensitômetros, tubos fotomultiplicadores (PMT) e os sensores CCD.

4.1.1 Microdensitômetros

Em microdensitômetros a transparência (filmes radiográficos, por exemplo) ou fotografia é montada em um suporte plano ou enrolada ao redor de um tambor. A varredura é obtida ao se focalizar um feixe de luz (que poderia ser um laser) na imagem e transladar o suporte ou girar o tambor em relação ao feixe. No caso de transparências, o feixe passa através do filme. Em fotografia, ele é refletido pela superfície da imagem. Em ambos os casos, tal feixe é focalizado num fotodetector e o nível de cinza em cada ponto da imagem é registrado com base na intensidade do feixe. Uma imagem digital é obtida ao se registrar apenas valores discretos de intensidade e posição. Embora microdensitômetros sejam dispositivos lentos, eles são capazes de apresentar alto nível de precisão no posicionamento, devido à natureza essencialmente contínua da translação mecânica usada no processo de digitalização (Gonzales & Woods, 1992).

4.1.2 Tubo Fotomultiplicador (PMT)

Um tubo fotomultiplicador (PMT) consiste da combinação de um fotodiodo a vácuo e um multiplicador de elétrons dentro do mesmo tubo a vácuo. O fotodiodo capta os fótons incidentes através de um fotocatodo, esses fótons através do efeito fotoelétrico geram elétrons que então são acelerados para o anodo positivamente carregado, gerando assim uma corrente elétrica. O multiplicador de elétrons amplifica o fluxo inicial desta corrente por meio de múltiplas emissões secundárias de elétrons. Esse processo produz correntes com uma magnitude bem maior que a corrente inicialmente obtida pela fotoemissão (Burke, 1996).

Os PMTs são mais sensíveis ao Ultra Violeta e à luz visível do que qualquer outro sensor. Os scanners que se utilizam desta técnica para a digitalização de imagens, possuem algum tipo de mecanismo para movimentar a imagem original a fim de varrer a janela de sensibilidade do sensor.

4.1.3 Sensores CCD

Os dispositivos de carga acoplada (charge-coupled devices, CCDs) baseiam-se em pastilhas semicondutoras com determinado número de recipientes capazes de armazenar carga elétrica, que possuem um determinado esquema de transferência entre elas (Marques & Vieira, 1999). A quantidade de carga elétrica armazenada nos recipientes corresponde a valores analógicos, o que equivale dizer que erros de quantização são praticamente nulos. Dessa maneira, o CCD pode ser considerado uma memória analógica, cujos dados são acessados serialmente através da transferência de carga entre os recipientes.

A utilização de materiais fotossensíveis permite a construção de dispositivos CCD cujos recipientes de carga constituem também elementos sensíveis à

luz. Assim, a carga armazenada em cada recipiente é proporcional à intensidade luminosa incidente sobre o mesmo. Posteriormente, a leitura seqüencial dos recipientes pode gerar um sinal elétrico variante no tempo.

As matrizes CCD são organizadas em dois principais arranjos geométricos: sensores por varredura de linhas e sensores de área. Sensores por varredura de linha consistem numa linha de elementos fotossensíveis e produzem uma imagem bidimensional, através do movimento relativo entre a imagem e o detector. Por exemplo, sensores de varredura de linha são usados extensivamente em scanners de mesa. Os sensores de área são similares aos sensores de varredura por linha, exceto que os elementos fotossensíveis são arranjados em forma matricial.

Sensores por varredura de linha com resolução variando de 256 a 4096 elementos são comuns. A resolução de sensores de área varia de no mínimo 32 x 32 elementos até 256 x 256 elementos para um sensor de resolução média. Dispositivos com maior resolução com 640 x 480 são facilmente encontrados e sensores com resolução da ordem de 1280 x 1024 elementos são também disponíveis comercialmente a preços relativamente altos, mas freqüentemente justificáveis. Sensores especiais que usam movimentos mecânicos de um circuito CCD para alcançar resolução da ordem de 2048 x 2048 elementos são disponíveis a altos preços. As Matrizes CCD são tipicamente montadas como câmeras de TV. A digitalização da imagem é conseguida conectando-se a saída de vídeo dessas câmeras a um digitalizador (Gonzales & Woods, 1992).

Uma vantagem significativa dos sensores CCD é que podem ser operados a velocidades muito altas (por exemplo, 1/10000 s) além de apresentarem tamanho reduzido, menor consumo de energia, menor sensibilidade a efeitos de espalhamento

(blooming), melhor resposta a mudanças na iluminação incidente, e bom desempenho em condições de baixa iluminação. Entretanto, a tecnologia de fabricação dos sensores CCD é um tanto dispendiosa financeiramente e, além disso, não permite a inclusão de circuitos de controle na mesma pastilha semicondutora.

Tentando contornar os problemas apresentados pelos sensores CCD, um grupo de pesquisadores da Universidade de Edinburgo desenvolveu um novo tipo de sensor, utilizando a tecnologia CMOS (Vellacot, 1994). A abordagem escocesa permite que sejam incluídos na mesma pastilha circuitos de controle, conversor analógico/digital, memórias digitais e circuitos com funções específicas para o processamento de imagens, além da matriz sensora propriamente dita. É possível, desse modo, integrar um sistema completo de visão por computador numa única pastilha de baixo custo. Outra vantagem da tecnologia CMOS é o consumo de energia, que é reduzido a aproximadamente um quinto do consumo da tecnologia CCD.