Til að fylgjast með umhverfinu og sigla um raunheiminn ætti vélmennið að geta náð myndum og umhverfismælingum við mismunandi bakgrunnslýsingu. Undanfarin ár hafa vísindamenn og verkfræðingar um allan heim unnið að því að þróa sífellt fullkomnari skynjara til að samþættast í vélmenni, eftirlitskerfi eða önnur tæki sem geta skynjað umhverfi sitt.
Samkvæmt Memes Consulting hafa vísindamenn frá Hong Kong Polytechnic háskólanum, Peking háskólanum, Yonsei háskólanum og Fudan háskólanum nýlega þróað nýja tegund af lífrænum sjónskynjara sem notar vélbúnað sem líkir tilbúnar eftir starfsemi sjónhimnu og er hægt að nota í margs konar gögnum var safnað. við birtuskilyrði. Þessi lífræna sjónskynjari er byggður á ljóstransistrum úr mólýbdendísúlfíði.
Mynd af lífræna sjónskynjara fylkinu (vinstri); skýringarmynd uppbygging sjónskynjaraeiningarinnar og sjónsmásjármyndar (hægri)
"Our research team started work on optoelectronic memory five years ago," said Yang Chai, one of the researchers who developed the vision sensor. "This emerging device can output light-dependent and history-dependent signals, enabling image integration. , Weak signal accumulation, spectral analysis and other complex image processing functions, the multi-functional integration of sensing, data storage and data processing into one device."
Árið 2018 gáfu Yang Chai og samstarfsmenn hans út fyrstu greinina um sjónrænt minni, þar sem þeir kynntu viðnámsrofaminni sem getur framkvæmt ljósskynjun og rökfræðiaðgerðir. Ári síðar kynnti teymið nýja tegund af ljósviðnámsminni með slembiaðgangi með þremur mismunandi aðgerðum. Nánar tiltekið getur nýja tækið skynjað umhverfið, geymt upplýsingarnar í minni og framkvæmt taugamótaðar sjónrænar forvinnsluaðgerðir.
"We studied the concepts of near-sensor and in-sensor computing paradigms in 2020 and published our views in the field." Yang Chai continued, "This new research on biomimetic vision sensors builds on our On top of all previous efforts."
The intensity of ambient natural light varies widely, with a total range of 280 dB. When the human retina senses external light signals, it adjusts the light sensitivity of its photoreceptors (i.e., rods and cones) according to the strength of the signal. This ultimately enables the human eye to gradually adapt to varying levels of lighting, allowing it to see clearly in both dark and bright environments, an ability known as "visual adaptation."
"For example, when you enter a dark cinema from a bright hall, you can hardly see anything at first, but after a while in the cinema, it becomes easier to see things," explains Yang Chai. "This phenomenon is called scotopic adaptation. Conversely, if you go from a dark movie theater to a sunny outdoors, you'll feel very dazzled at first, and it takes a while to get used to seeing what's going on around you. The process The opposite of dark adaptation is called photopic adaptation."
The main goal of Yang Chai and his colleagues' recent work is to build a vision sensor inspired by the structure and function of the human retina. To do this, they first started by studying the human retina and then tried to design perceptual strategies that would allow them to artificially simulate visual adaptations.
Ný---myndflögur byggðar á CMOS tækni hafa venjulega takmarkað hreyfisvið upp á 70 dB. Hins vegar er þetta kraftmikla svið mun þrengra en lýsingarsvið náttúrulegra sena (280 dB).
"To achieve visual perception over a wide range of light intensities, researchers have explored the use of controlled optical apertures, liquid lenses, adjustable exposure times, and denoising algorithms in post-processing," said Yang Chai. "However, these Methods often require complex hardware and software resources."
Dark and light adaptation of biomimetic vision sensor arrays. (a) Schematic of the dark adaptation test: recognition of low-light images using an 8 x 8 pixel array in a dark environment. (b) Schematic diagram of light adaptation test: recognition of high-illuminance images using an 8 x 8 pixel array in a bright environment. (c) Dark adaptation process to identify the "8" pattern. (d) The photoadaptation process to identify the "8" pattern.
Ljósrafeindatæki með ljósa-aðlagandi sjón og breitt skynjunarsvið á skynjunarstöðvum gætu haft mjög verðmæt forrit. Til dæmis geta þau hjálpað til við að bæta afköst tölvusjónartækja, draga úr flóknum vélbúnaði sem þarf til að smíða vélmenni eða önnur skynjunarkerfi og bæta nákvæmni myndgreiningarkerfa.
Þó hafa önnur rannsóknarteymi þróað sjónræn tæki sem geta lagað sig að mismunandi birtuskilyrðum í fortíðinni. Hins vegar geta flest áður sýnd tæki aðeins líkt eftir ljósaðlögunarkerfi sjónhimnunnar. Hin myrka aðlögunarferlið hefur hingað til reynst erfiðara að líkja eftir.
"There is still a long way to go to fully replicate the visual adaptation function of the retina," explains Yang Chai. "To achieve this, we designed a phototransistor-based vision sensor using ultra-thin semiconductors that can The degree of dark adaptation and light adaptation in the same device was controlled by applying different gate voltages. In this way, we simulated photoreceptors and horizontal cells in the retina and successfully achieved a sensing range of 199 dB. Vision-adaptive devices in biomimetic sensors."
Gervi eftirlíking á ljósnemum og láréttum frumum í sjónhimnu fyrir sjónræna aðlögun (dökk aðlögun og ljósaðlögun)
Lífræna sjónskynjarinn sem Yang Chai og félagar þróaði er byggður á ljóstransistrum úr ofurþunnu hálfleiðara efni sem kallast mólýbden tvísúlfíð. Ljóstransistorarnir sem þeir notuðu hafa mörg hleðslugildruástand sem geta fangað eða losað rafeindir innan rásarinnar við mismunandi hliðarspennu.
Ultimately, these states allow researchers to dynamically tune the conductance of their devices. This, in turn, allowed them to artificially simulate the dark- and light-adaptive mechanisms of the human retina, thereby expanding the range of their sensor's perception of different lighting conditions.
"Our bionic vision sensor has several advantages and features," said Yang Chai. "First, the visual adaptation function is implemented in a single device, which greatly reduces the footprint. Second, multiple functions can be implemented on a single device. , including light sensing, memory, and processing. Finally, dark and light adaptation under different light intensities can be achieved by controlling its gate voltage."
Yang Chai og félagar hans metu lífræna sjónskynjarann í röð prófana og komust að því að hann gæti á áhrifaríkan hátt líkt eftir virkni sjónhimnu mannsins og náð ótrúlegum árangri bæði í aðlögun að myrkri og ljósum. Ennfremur hefur það marktækt hærra skynjunarsvið (199 dB) samanborið við áður fyrirhugaðar lausnir.
"Our vision sensor can enrich machine vision functions, reduce hardware complexity, and achieve high image recognition efficiency," said Yang Chai, "All these advantages are available in areas such as autonomous driving, face recognition, and industrial manufacturing in complex lighting environments. great application prospects."
Í framtíðarrannsóknum ætla rannsakendur að bæta enn frekar afköst sjónskynjarans, en nota hann einnig til að búa til stór-kerfi sem samanstanda af skynjaraföldum. Helst vilja þeir byggja þessa skynjara á sveigjanlegu eða hálfkúlulaga undirlagi til að gera breiðara sjónsvið.
"One area that needs improvement is the adaptation time of our vision sensor, as it is still not enough to support machine vision applications." Yang Chai added, "Our goal is to reduce the adaptation time to the microsecond level. In addition, the vision sensor array scale Further improvements are also needed. Our near-term target for array size is greater than 100 x 100 pixels. Finally, the heterogeneous integration of vision sensors and post-processing units, including silicon-based control circuits, is a very important step toward practical applications."
GMKJ Tækni er djúpt þátt í heilbrigðum og snjöllum ljósgjöfum og býður upp á alhliða UVA UVB UVC LED, innrauða IR LED VCSEL vörur og lausnir á markaðnum. Það hefur hundruð hágæða-samstarfsaðila á innlendum og erlendum mörkuðum til að stuðla sameiginlega að notkun ljóstækni til að skapa heilbrigt og snjallt líf. .
