Os sensores de imagem medem a intensidade da luz, mas o ângulo, o espectro e outros aspectos da luz também devem ser extraídos para avançar significativamente na visão de máquina.
Em Cartas de Física Aplicada , pesquisadores da Universidade de Wisconsin-Madison, da Universidade de Washington em St. Louis e da OmniVision Technologies destacam os mais recentes componentes nanoestruturados integrados em chips de sensores de imagem que provavelmente causarão o maior impacto em imagens multimodais.

Os desenvolvimentos podem permitir que veículos autônomos vejam cantos em vez de apenas uma linha reta, imagens biomédicas para detectar anormalidades em diferentes profundidades de tecidos e telescópios para ver através da poeira interestelar.

“Os sensores de imagem passarão gradualmente por uma transição para se tornarem os olhos artificiais ideais das máquinas”, disse o coautor Yurui Qu, da Universidade de Wisconsin-Madison. “Uma evolução que alavanca a notável conquista dos sensores de imagem existentes provavelmente gerará impactos mais imediatos”.

Os sensores de imagem, que convertem a luz em sinais elétricos, são compostos de milhões de pixels em um único chip. O desafio é como combinar e miniaturizar componentes multifuncionais como parte do sensor.

Em seu próprio trabalho, os pesquisadores detalharam uma abordagem promissora para detectar espectros de bandas múltiplas fabricando um espectrômetro no chip. Eles depositaram filtros de cristal fotônico feitos de silício diretamente sobre os pixels para criar interações complexas entre a luz incidente e o sensor.

Os pixels abaixo dos filmes registram a distribuição da energia luminosa, a partir da qual a informação espectral da luz pode ser inferida. O dispositivo - com menos de um centésimo de polegada quadrada de tamanho - é programável para atender a várias faixas dinâmicas, níveis de resolução e quase qualquer regime espectral, do visível ao infravermelho.

Os pesquisadores construíram um componente que detecta informações angulares para medir a profundidade e construir formas 3D em escalas subcelulares. Seu trabalho foi inspirado em sensores auditivos direcionais encontrados em animais, como lagartixas, cujas cabeças são muito pequenas para determinar de onde vem o som da mesma forma que humanos e outros animais. Em vez disso, eles usam tímpanos acoplados para medir a direção do som dentro de um tamanho que é ordens de magnitude menor que o comprimento de onda acústico correspondente.

Da mesma forma, pares de nanofios de silício foram construídos como ressonadores para suportar ressonância óptica. A energia óptica armazenada em dois ressonadores é sensível ao ângulo de incidência. O fio mais próximo da luz envia a corrente mais forte. Ao comparar as correntes mais fortes e mais fracas de ambos os fios, o ângulo das ondas de luz recebidas pode ser determinado.

Milhões desses nanofios podem ser colocados em um chip de 1 milímetro quadrado. A pesquisa pode apoiar avanços em câmeras sem lentes, realidade aumentada e visão robótica.

O artigo "Multimodal light-sensing pixel arrays" é de autoria de Yurui Qu, Soongyu Yi, Lan Yang e Zongfu Yu. O artigo aparecerá em Cartas de Física Aplicada em 26 de julho de 2022. + Explorar mais

Pequenos detectores de luz funcionam como orelhas de lagartixa