具有纳米结构组件的图像传感器如何强机器视觉应用

点击下方卡片，关注“新机器视觉”公众号

重磅干货，第一时间送达

(a)只能检测光强度的传统传感器和(b)纳米结构多模态传感器的原理图，该传感器可以通过亚波长尺度上的光物质相互作用检测不同质量的光。

在AIPPublishing出版的《应用物理快报》中，威斯康星大学麦迪逊分校、圣路易斯华盛顿大学和OmniVisionTechnologies的研究人员着重介绍集成在图像传感器芯片上的最新纳米结构组件，这些组件最有可能在多模态中产生最大影响成像。

这些发展可以使自动驾驶汽车能够看到拐角处，而不仅仅是直线，生物医学成像可以检测不同组织深度的异常，望远镜可以看穿星际尘埃。

威斯康星大学麦迪逊分校的合著者YuruiQu说：“图像传感器将逐渐转变为机器的理想人工眼睛。”“利用现有成像传感器的显着成就的进化可能会产生更直接的影响。”

将光转换为电信号的图像传感器由单个芯片上的数百万像素组成。挑战在于如何将多功能组件组合并小型化作为传感器的一部分。

在他们自己的工作中，研究人员详细介绍了一种通过制造片上光谱仪来检测多波段光谱的有前途的方法。他们将由硅制成的光子晶体滤光片直接沉积在像素顶部，以在入射光和传感器之间产生复杂的相互作用。

薄膜下方的像素记录了光能的分布，从中可以推断出光谱信息。该设备尺寸不到百分之一平方英寸，可编程以满足各种动态范围、分辨率水平以及从可见光到红外的几乎任何光谱状态。

研究人员构建了一个组件，可检测角度信息以测量深度并在亚细胞尺度上构建3D形状。他们的工作受到了在壁虎等动物身上发现的定向听觉传感器的启发，壁虎的头部太小，无法像人类和其他动物一样确定声音的来源。相反，他们使用耦合耳膜来测量声音的方向，其尺寸比相应的声波波长小几个数量级。

类似地，成对的硅纳米线被构造为谐振器以支持光学谐振。存储在两个谐振器中的光能对入射角很敏感。离灯最近的电线发出最强的电流。通过比较来自两根导线的最强和最弱电流，可以确定入射光波的角度。

数以百万计的纳米线可以放置在一个1平方毫米的芯片上。该研究可以支持无镜头相机、提高真实度和机器人视觉的进步。

期刊参考

1. 曲玉蕊，易宋玉，杨澜，余宗福。多模态感光像素阵列。应用物理快报，2022；121 (4): 040501 DOI: 10.1063/5.0090138