Parempia kuva-antureita konenäölle

Kuluttajakameroissa käytettävät kuva-anturit havaitsevat vain valon voimakkuuden. Tulevan valon spektri-, kulma- ja vaiheinformaatio menetetään suurelta osin.

Uusimmissa tunnistussovelluksissa, kuten autonomisissa ajoneuvoissa, biolääketieteellisessä kuvantamisessa ja robotiikassa, lisätietojen poimiminen tulevasta valosta voisi kuitenkin auttaa koneita tekemään parempia päätöksiä.

Kameroita odotetaankin tulevaisuudessa rakennettavan enemmän koneille kuin ihmisille.

Uudessa tutkimuspaperissaan Wisconsin-Madisonin ja St. Louisin Washingtonin yliopiston sekä OmniVision Technologiesin tutkijat tuovat esiin nanorakenteisia komponentteja, jotka integroidaan kuvasensorisiruihin.

Kehitys mahdollistaisi autonomisten ajoneuvojen nähdä kulman ympäri suoran linjan sijaan, biolääketieteellisen kuvantamisen havaitsemaan poikkeavuuksia eri kudossyvyyksillä ja teleskoopit näkemään tähtienvälisen pölyn läpi.

"Kuvasensorit tulevat läpikäymään vähitellen läpi muutoksia, jotta niistä tulee ihanteellisia koneiden keinosilmiä", sanoo Wisconsin Yurui Qu.

Kuva-anturit, jotka muuttavat valon sähköisiksi signaaleiksi, koostuvat miljoonista pikseleistä ja haasteena on monitoimikomponenttien yhdistäminen ja pienentäminen osaksi anturipikseliä.

Omassa työssään tutkijat esittelivät lupaavan lähestymistavan monikaistaisten spektrien havaitsemiseen valmistamalla spektrometrin. He asettivat piistä valmistettuja fotonikiteisiä suodattimia suoraan pikselien päälle luodakseen monimutkaisia vuorovaikutuksia tulevan valon ja anturipikselin välille. Alla olevat pikselit tallentavat valoenergian jakautumisen, josta voidaan sitten päätellä valon spektritietoa.

Piiri on ohjelmoitavissa eri dynamiikka-alueille, resoluutiotasoille ja lähes kaikille spektrialueille näkyvästä infrapunaan.

Tutkijat rakensivat myös komponentin, joka havaitsee kulmatiedot mittaamaan syvyyttä ja konstruktoimaan 3D-muotoja alle solun skaalassa. Heidän työnsä on saanut inspiraationsa eläimistä, kuten gekoista, löydetyistä suunnatuista kuuloantureista, joiden päät ovat liian pieniä määrittämään mistä ääni tulee samalla tavalla kuin ihmiset ja muut eläimet. Sen sijaan he käyttävät yhdistettyjä tärykalvoja äänen suunnan mittaamiseen koossa, joka on suuruusluokkaa pienempi kuin vastaava akustinen aallonpituus.

Samoin piinanolankojen pareista rakennettiin resonaattoreita tukemaan optista resonanssia. Kahteen resonaattoriin varastoitu optinen energia on herkkä tulokulmalle. Valoa lähinnä oleva lanka lähettää voimakkaimman virran. Vertaamalla lankojen voimakkaimpia ja heikoimpia virtoja voidaan määrittää saapuvien valoaaltojen kulma.

Miljoonia näistä nanolangoista voidaan sijoittaa 1 neliömillimetrin sirulle. Tutkimus voisi tukea myös linssittömien kameroiden, lisätyn todellisuuden ja robottinäön kehitystä.

Aiheesta aiemmin:

Suunnan tunnistava valopikseli