Forbedring af billedsensorer til maskinsyn

Billedsensorer måler lysintensiteten, men vinkel, spektrum og andre aspekter af lys skal også udtrækkes for betydeligt at fremme maskinsynet.

I Anvendt fysikbreve , fremhæver forskere ved University of Wisconsin-Madison, Washington University i St. Louis og OmniVision Technologies de seneste nanostrukturerede komponenter integreret på billedsensorchips, som med størst sandsynlighed vil have den største indflydelse inden for multimodal billeddannelse.

Udviklingen kunne gøre det muligt for autonome køretøjer at se rundt om hjørner i stedet for blot en lige linje, biomedicinsk billeddannelse til at opdage abnormiteter i forskellige vævsdybder og teleskoper til at se gennem interstellart støv.

"Billedsensorer vil gradvist gennemgå en overgang til at blive de ideelle kunstige øjne for maskiner," sagde medforfatter Yurui Qu fra University of Wisconsin-Madison. "En udvikling, der udnytter den bemærkelsesværdige præstation af eksisterende billedsensorer, vil sandsynligvis generere mere øjeblikkelige virkninger."

Billedsensorer, som omdanner lys til elektriske signaler, er sammensat af millioner af pixels på en enkelt chip. Udfordringen er, hvordan man kombinerer og miniaturiserer multifunktionelle komponenter som en del af sensoren.

I deres eget arbejde beskrev forskerne en lovende tilgang til at detektere multiple-band spektre ved at fremstille et on-chip spektrometer. De afsatte fotoniske krystalfiltre bestående af silicium direkte oven på pixels for at skabe komplekse interaktioner mellem indfaldende lys og sensoren.

Pixels under filmene registrerer fordelingen af ​​lysenergi, hvorfra lysspektral information kan udledes. Enheden – mindre end en hundrededel kvadrattomme i størrelse – er programmerbar til at opfylde forskellige dynamiske områder, opløsningsniveauer og næsten ethvert spektralt regime fra synligt til infrarødt.

Forskerne byggede en komponent, der detekterer vinkelinformation for at måle dybde og konstruere 3D-former i subcellulære skalaer. Deres arbejde var inspireret af retningsbestemte høresensorer fundet hos dyr, som gekkoer, hvis hoveder er for små til at bestemme, hvor lyden kommer fra, på samme måde som mennesker og andre dyr kan. I stedet bruger de koblede trommehinder til at måle retningen af ​​lyd inden for en størrelse, der er størrelsesordener mindre end den tilsvarende akustiske bølgelængde.

På samme måde blev par af silicium nanotråde konstrueret som resonatorer for at understøtte optisk resonans. Den optiske energi lagret i to resonatorer er følsom over for indfaldsvinklen. Tråden tættest på lyset sender den stærkeste strøm. Ved at sammenligne de stærkeste og svageste strømme fra begge ledninger kan vinklen på de indkommende lysbølger bestemmes.

Millioner af disse nanotråde kan placeres på en 1-kvadrat-millimeter chip. Forskningen kunne understøtte fremskridt inden for linseløse kameraer, augmented reality og robotsyn.

Artiklen "Multimodale lysfølsomme pixel arrays" er forfattet af Yurui Qu, Soongyu Yi, Lan Yang og Zongfu Yu. Artiklen vil blive vist i Anvendt fysikbreve den 26. juli 2022. + Udforsk yderligere

Små lysdetektorer fungerer som gekkoører