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  • 改進用于機器視覺的圖像傳感器

    作者:光行天下小萌新譯 來源:物理學家組織網 時間:2022-08-08 12:13 閱讀:212 [投稿]
    研究人員介紹了集成在圖像傳感器芯片上的最新納米結構組件很有可能會對多模態成像產生重大影響。

    近日,發表在《應用物理快報》上一篇論文中,威斯康星大學麥迪遜分校、圣路易斯華盛頓大學和豪威科技(OmniVision Technologies)的研究人員介紹了集成在圖像傳感器芯片上的最新納米結構組件很有可能會對多模態成像產生重大影響。

    這些研究成果可以使自動駕駛汽車能夠看到拐角處,而不僅僅是前后方;生物醫學成像可以檢測不同組織深度的異常;望遠鏡可以看穿星際塵埃。


    (a)只能檢測光強度的傳統傳感器和(b)納米結構多模態傳感器的原理圖,該傳感器可以通過亞波長尺度的光物質相互作用來檢測各種質量的光。

    來自威斯康星大學麥迪遜分校的論文合著者Yurui Qu說:“圖像傳感器將逐漸轉變為機器的理想人工眼睛,利用現有成像傳感器取得的進展可能會產生更直接的影響!

    將光信號轉換為電信號的圖像傳感器由單顆芯片上的數百萬/數千萬像素組成。開發人員面臨的挑戰是如何將多功能組件作為傳感器的一部分進行集成化和小型化。

    在發表的論文中,研究人員詳細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。他們將硅光子晶體濾光片薄膜直接沉積在圖像傳感器像素頂部,以在入射光與傳感器之間產生復雜的相互作用。

    濾光片薄膜下方的傳感器像素記錄了光能的分布,從中可以推斷出光譜信息。該器件尺寸面積小于6平方毫米,可以通過編程方式以滿足各種動態范圍、分辨率水平以及從可見光到紅外光的光譜范圍。

    研究人員還介紹了構建可以檢測光入射角度的納米結構組件,以探測深度信息并在亞細胞尺度上構建3D形狀。該工作靈感來自于壁虎等動物身上發現的定向聽覺傳感器,例如壁虎的頭部太小而無法確定聲音的來源,但他們使用“耦合耳膜”來測量聲音的方向,其尺寸比相應的聲波波長小幾個數量級。

    同樣,耦合的硅納米線被構造為諧振器以實現光學諧振。存儲在兩個諧振器中的光能對入射角很敏感。離光最近的納米線產生強電流,而另一條納米線產生弱電流。通過比較來自兩條納米線的強電流和弱電流,就可以確定入射光的角度。

    數以百萬計的納米線可以放置在1平方毫米的芯片上。這項研究可以支持無鏡頭相機,增強現實和機器人視覺的進步。

    相關鏈接:https://phys.org/news/2022-07-image-sensors-machine-vision.html

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