I sensori di immagine misurano l'intensità della luce, ma è necessario estrarre anche l'angolo, lo spettro e altri aspetti della luce per migliorare significativamente la visione artificiale.

In Lettere di Fisica Applicata , i ricercatori dell'Università del Wisconsin-Madison, della Washington University di St. Louis e OmniVision Technologies evidenziano gli ultimi componenti nanostrutturati integrati nei chip dei sensori di immagine che hanno maggiori probabilità di avere il maggiore impatto nell'imaging multimodale.

Gli sviluppi potrebbero consentire ai veicoli autonomi di vedere dietro gli angoli anziché solo in linea retta, l'imaging biomedico per rilevare anomalie a diverse profondità di tessuto e i telescopi di vedere attraverso la polvere interstellare.

"I sensori di immagine subiranno gradualmente una transizione per diventare gli occhi artificiali ideali delle macchine", ha affermato il coautore Yurui Qu, dell'Università del Wisconsin-Madison. "È probabile che un'evoluzione che sfrutti il ​​notevole successo dei sensori di imaging esistenti generi impatti più immediati".

I sensori di immagine, che convertono la luce in segnali elettrici, sono composti da milioni di pixel su un singolo chip. La sfida è come combinare e miniaturizzare i componenti multifunzionali come parte del sensore.

Nel loro stesso lavoro, i ricercatori hanno descritto in dettaglio un approccio promettente per rilevare gli spettri a più bande fabbricando uno spettrometro su chip. Hanno depositato filtri a cristalli fotonici costituiti da silicio direttamente sopra i pixel per creare interazioni complesse tra la luce incidente e il sensore.

I pixel sotto le pellicole registrano la distribuzione dell'energia luminosa, da cui si possono dedurre le informazioni spettrali della luce. Il dispositivo, di dimensioni inferiori a un centesimo di pollice quadrato, è programmabile per soddisfare varie gamme dinamiche, livelli di risoluzione e quasi tutti i regimi spettrali dal visibile all'infrarosso.

I ricercatori hanno costruito un componente che rileva le informazioni angolari per misurare la profondità e costruire forme 3D su scala subcellulare. Il loro lavoro è stato ispirato dai sensori direzionali dell'udito che si trovano negli animali, come i gechi, le cui teste sono troppo piccole per determinare da dove proviene il suono allo stesso modo degli esseri umani e di altri animali. Invece, usano timpani accoppiati per misurare la direzione del suono all'interno di una dimensione di ordini di grandezza inferiore alla lunghezza d'onda acustica corrispondente.

Allo stesso modo, sono state costruite coppie di nanofili di silicio come risonatori per supportare la risonanza ottica. L'energia ottica immagazzinata in due risonatori è sensibile all'angolo di incidenza. Il filo più vicino alla luce invia la corrente più forte. Confrontando le correnti più forti e più deboli di entrambi i fili, è possibile determinare l'angolo delle onde luminose in ingresso.

Milioni di questi nanofili possono essere posizionati su un chip da 1 millimetro quadrato. La ricerca potrebbe supportare i progressi nelle fotocamere senza obiettivo, nella realtà aumentata e nella visione robotica.

L'articolo "Matrici di pixel multimodali sensibili alla luce" è scritto da Yurui Qu, Soongyu Yi, Lan Yang e Zongfu Yu. L'articolo apparirà in Lettere di Fisica Applicata il 26 luglio 2022. + Esplora ulteriormente

I minuscoli rilevatori di luce funzionano come le orecchie di un geco