圖像傳感器將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器的理想人工眼睛

圖像傳感器可以測量光的強(qiáng)度，但要在機(jī)器視覺上取得長足的進(jìn)步，還必須提取光的其他屬性，如角度和光譜。

（a）只能檢測光強(qiáng)度的傳統(tǒng)傳感器和（b）納米結(jié)構(gòu)多模態(tài)傳感器的原理圖，該傳感器可以通過亞波長尺度上的光物質(zhì)相互作用檢測不同質(zhì)量的光。

在AIPPublishing出版的《應(yīng)用物理快報(bào)》中，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校、圣路易斯華盛頓大學(xué)和OmniVisionTechnologies的研究人員著重介紹集成在圖像傳感器芯片上的最新納米結(jié)構(gòu)組件，這些組件最有可能在多模態(tài)中產(chǎn)生最大影響成像。

這些發(fā)展可以使自動(dòng)駕駛汽車能夠看到拐角處，而不僅僅是直線，生物醫(yī)學(xué)成像可以檢測不同組織深度的異常，望遠(yuǎn)鏡可以看穿星際塵埃。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的合著者YuruiQu說：“圖像傳感器將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器的理想人工眼睛?！薄袄矛F(xiàn)有成像傳感器的顯著成就的進(jìn)化可能會(huì)產(chǎn)生更直接的影響。”

將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的圖像傳感器由單個(gè)芯片上的數(shù)百萬像素組成。挑戰(zhàn)在于如何將多功能組件組合并小型化作為傳感器的一部分。

在他們自己的工作中，研究人員詳細(xì)介紹了一種通過制造片上光譜儀來檢測多波段光譜的有前途的方法。他們將由硅制成的光子晶體濾光片直接沉積在像素頂部，以在入射光和傳感器之間產(chǎn)生復(fù)雜的相互作用。

薄膜下方的像素記錄了光能的分布，從中可以推斷出光譜信息。該設(shè)備尺寸不到百分之一平方英寸，可編程以滿足各種動(dòng)態(tài)范圍、分辨率水平以及從可見光到紅外的幾乎任何光譜狀態(tài)。

研究人員構(gòu)建了一個(gè)組件，可檢測角度信息以測量深度并在亞細(xì)胞尺度上構(gòu)建3D形狀。他們的工作受到了在壁虎等動(dòng)物身上發(fā)現(xiàn)的定向聽覺傳感器的啟發(fā)，壁虎的頭部太小，無法像人類和其他動(dòng)物一樣確定聲音的來源。相反，他們使用耦合耳膜來測量聲音的方向，其尺寸比相應(yīng)的聲波波長小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

類似地，成對的硅納米線被構(gòu)造為諧振器以支持光學(xué)諧振。存儲(chǔ)在兩個(gè)諧振器中的光能對入射角很敏感。離燈最近的電線發(fā)出最強(qiáng)的電流。通過比較來自兩根導(dǎo)線的最強(qiáng)和最弱電流，可以確定入射光波的角度。

數(shù)以百萬計(jì)的納米線可以放置在一個(gè)1平方毫米的芯片上。該研究可以支持無鏡頭相機(jī)、提高真實(shí)度和機(jī)器人視覺的進(jìn)步。