(a) 只能檢測(cè)光強(qiáng)度的傳統(tǒng)傳感器和 (b) 納米結(jié)構(gòu)多模態(tài)傳感器的示意圖，該傳感器可以通過亞波長(zhǎng)尺度的光與物質(zhì)相互作用檢測(cè)各種質(zhì)量的光。圖片來源：Yurui Qu 和 Soongyu Yi

圖像傳感器測(cè)量光強(qiáng)度，但還是要提取光的角度、光譜和其他方面，以顯著推進(jìn)機(jī)器視覺。

在應(yīng)用物理快報(bào)中，威斯康星大學(xué)麥迪遜分校、圣路易斯華盛頓大學(xué)和 OmniVision Technologies 的研究人員著重介紹了集成在圖像傳感器芯片上的新的納米結(jié)構(gòu)組件，這些組件有可能對(duì)多模態(tài)成像產(chǎn)生影響。

這些發(fā)展可以使自動(dòng)駕駛汽車能夠看到拐角處，而不僅僅是直線，生物醫(yī)學(xué)成像可以檢測(cè)不同組織深度的異常，望遠(yuǎn)鏡可以看穿星際塵埃。

威斯康星大學(xué)麥迪遜分校的合著者 Yurui Qu 說：“圖像傳感器將逐漸轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)器的理想人工眼睛�！� “利用現(xiàn)有成像傳感器的顯著成就的進(jìn)化可能會(huì)產(chǎn)生更直接的影響。”

將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的圖像傳感器由單個(gè)芯片上的數(shù)百萬像素組成。挑戰(zhàn)在于如何將多功能組件組合并小型化作為傳感器的一部分。

在他們自己的工作中，研究人員詳細(xì)介紹了一種通過制造片上光譜儀來檢測(cè)多波段光譜的有前途的方法。他們將由硅制成的光子晶體濾光片 直接沉積在像素頂部，以在入射光和傳感器之間產(chǎn)生復(fù)雜的相互作用。

薄膜下方的像素記錄了光能的分布，從中可以推斷出光譜信息。該設(shè)備尺寸不到百分之一平方英寸，可編程以滿足各種動(dòng)態(tài)范圍、分辨率水平以及從可見光到紅外的幾乎任何光譜狀態(tài)。

研究人員構(gòu)建了一個(gè)組件，可檢測(cè)角度信息以測(cè)量深度并在亞細(xì)胞尺度上構(gòu)建 3D 形狀。他們的工作受到了在壁虎等動(dòng)物身上發(fā)現(xiàn)的定向聽覺傳感器的啟發(fā)，壁虎的頭部太小，無法像人類和其他動(dòng)物一樣確定聲音的來源。相反，他們使用耦合耳膜來測(cè)量聲音的方向，其尺寸比相應(yīng)的聲波波長(zhǎng)小幾個(gè)數(shù)量級(jí)。

類似地，成對(duì)的硅納米線被構(gòu)造為諧振器以支持光學(xué)諧振。存儲(chǔ)在兩個(gè)諧振器中的光能對(duì)入射角很敏感。離燈近的電線發(fā)出比較強(qiáng)的電流。通過比較來自兩根導(dǎo)線的強(qiáng)和弱電流，可以確定入射光波的角度。

數(shù)以百萬計(jì)的這些納米線可以放置在一個(gè) 1 平方毫米的芯片上。該研究可以支持無鏡頭相機(jī)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和機(jī)器人視覺的進(jìn)步。

《多模態(tài)光感像素陣列》一文由Yurui Qu、Soongyu Yi、Lan Yang、Zongfu Yu撰寫。這篇文章將出現(xiàn)在2022 年 7 月 26 日 的應(yīng)用物理快報(bào)上。