Созданы фотодиоды, работающие по принципу сетчатки глаз
Машинное зрение может обеспечить автоматизацию различных трудоемких процессов в промышленности и производстве, таких как обнаружение дефектов, контроль качества электроники, автомобильных деталей или других изделий, проверка маркировки или сроков годности, а также сортировка продукции по категориям.
За последние десятилетия компьютерные алгоритмы машинного зрения становятся все более совершенными, его возможности в интерпретации изображений и видео поражают. Узким местом остается аппаратное обеспечение — проще говоря, сами сенсоры.
В этом направлении тоже достигнут большой прогресс, но до человеческого зрения даже самым высокотехнологичным оптическим датчикам по-прежнему далеко. Большинство из них можно отнести к одной из двух категорий. Кадровые сенсоры предназначены для захвата изображений через определенные промежутки времени, в то время как событийные фиксируют изменения яркости отдельных пикселей. Примечательно, что оба типа сенсоров пока не столь быстры и адаптивны, как сетчатка человеческого глаза.
Китайские ученые недавно разработали сенсорный элемент, который повторяет слоистую структуру сетчатки. Его устройство подробно описано на страницах Nature Nanotechnology.
«Современные сенсоры машинного зрения, включая кадровые и событийные типы, часто оказываются несостоятельными из-за их ограниченной временной динамики по сравнению с человеческой сетчаткой, что препятствует их общей производительности и адаптивности, — написано в статье. — Мы представляем событийный ретиноморфный фотодиод (RPD), который имитирует слоистую структуру и сигнальный путь сетчатки».
В один элемент разработчики объединили:
- Органический донор-акцепторный гетеропереход — собственно, сам фотодиод, преобразующий свет в электричество. Его можно сравнить с палочками в сетчатке.
- Ионный резервуар с пористой сетчатой морфологией — накапливая или высвобождая ионы, он сохраняет или меняет состояние. Если продолжать аналогии с глазами — это нейроны сетчатки.
- Переход Шоттки — это интерфейс между полупроводником и металлом, пропускающий ток в одном направлении. Сильно упрощая — зрительный нерв.
«Каждый компонент воспроизводит ключевой процесс сетчатки, и их спонтанное взаимодействие приводит к адаптивной к окружающей среде динамике», — уверяют разработчики.
В первоначальных испытаниях новый RPD показал весьма многообещающие результаты, превзойдя другие фотодиоды, ранее тестировавшиеся в задачах машинного зрения. В будущем устройство может быть дополнительно усовершенствовано и применено для широкого спектра практических задач машинного зрения.
«Такая конструкция обеспечивает динамический диапазон, превышающий 200 дБ, существенно снижает шумы и избыточность данных и позволяет осуществлять высокоплотную интеграцию. Мы демонстрируем, что эти улучшения обеспечивают высококачественное машинное зрение даже в экстремальных условиях освещения», — заключается в статье.
