Εικόνα Αισθητήρα Πυριτίου Ταχύνει και Απλοποιεί την Επεξεργασία Εικόνας για Αυτόνομες Οχήματα

Μια ομάδα ερευνητών στο Τμήμα Μηχανικής και Εφαρμοσμένων Επιστημών του Χάρβαρντ έχει αναπτύξει τον πρώτο επεξεργαστή εντός αισθητήρα που μπορεί να ενσωματωθεί σε εμπορικές ψηφιακές ψηφίδες αισθητήρων εικόνας. Αυτοί οι αισθητήρες είναι γνωστοί ως αισθητήρες εικόνας CMOS και χρησιμοποιούνται σε eine ευρεία γκάμα εμπορικών συσκευών που καταγράφουν οπτικές πληροφορίες.

Η νέα συσκευή επιταχύνει και απλοποιεί την επεξεργασία για αυτόνομες οχήματα και άλλες εφαρμογές.

Αυτόνομες Οχήματα και Οπτική Επεξεργασία

Στις αυτόνομες οχήματα, ο χρόνος μεταξύ της λήψης μιας εικόνας και της παράδοσης των δεδομένων σε einen μικροεπεξεργαστή για επεξεργασία εικόνας μπορεί να έχει σημαντικές επιπτώσεις. Είναι ένας κρίσιμος χρόνος που μπορεί να σημαίνει τη διαφορά μεταξύ της αποφυγής ενός εμποδίου ή της συμμετοχής σε einen ατύχημα.

Η οπτική επεξεργασία μπορεί να επιταχυνθεί με την επεξεργασία εικόνας εντός αισθητήρα, η οποία περιλαμβάνει την εξαγωγή σημαντικών χαρακτηριστικών από τα αρχικά δεδομένα από τον ίδιο τον αισθητήρα εικόνας, αντί για einen ξεχωριστό μικροεπεξεργαστή. Ωστόσο, η επεξεργασία εντός αισθητήρα έχει αποδειχθεί περιορισμένη σε υλικά έρευνας, τα οποία είναι δύσκολο να ενσωματωθούν σε εμπορικά συστήματα.

Αυτό είναι που κάνει την νέα ανάπτυξη τόσο σημαντική.

Η ομάδα δημοσίευσε την έρευνά της στο Nature Electronics.

Επεξεργασία Εντός Αισθητήρα

Ο Donhee Ham είναι ο Καθηγητής Ηλεκτρολογικής Μηχανικής και Εφαρμοσμένης Φυσικής στο SEAS και старший συγγραφέας του εγγράφου.

“Το έργο μας μπορεί να αξιοποιήσει τη βιομηχανία ημιαγωγών για να φέρει την επεξεργασία εντός αισθητήρα σε eine ευρεία γκάμα πραγματικών εφαρμογών”, είπε ο Ham.

Η ομάδα ανέπτυξε einen πίνακα φωτοδιόδων από πυρίτιο, ο οποίος χρησιμοποιείται επίσης σε εμπορικά διαθέσιμους αισθητήρες εικόνας για την καταγραφή εικόνων. Tuy nhiên, οι φωτοδίοδοι της ομάδας είναι ηλεκτροστατικά διορισμένοι, ο οποίος σημαίνει ότι η ευαισθησία των μεμονωμένων φωτοδιόδων στην εισερχόμενη φωτογραφία μπορεί να調節θεί από τάσεις.

Όταν ένας πίνακας συνδέει πολλές φωτοδίοδοι με ρυθμιζόμενη τάση, μπορεί να εκτελέσει μια αναλογική έκδοση των операциών πολλαπλασιασμού και πρόσθεσης που είναι σημαντικές για τις διαδικασίες επεξεργασίας εικόνας. Αυτό βοηθά στην εξαγωγή σχετικών οπτικών πληροφοριών ακριβώς όταν η εικόνα καταγράφεται.

Ο Houk Jang είναι ένας μεταδιδακτορικός ερευνητής στο SEAS και πρώτος συγγραφέας του εγγράφου.

“Αυτές οι δυναμικές φωτοδίοδοι μπορούν να φιλτράρουν ταυτόχρονα εικόνες καθώς καταγράφονται, επιτρέποντας στην πρώτη φάση της οπτικής επεξεργασίας να μεταφερθεί από τον μικροεπεξεργαστή στον αισθητήρα نفسه”, είπε ο Jang.

Για να αφαιρέσετε άσχετες λεπτομέρειες ή θόρυβο για διάφορες εφαρμογές, ο πίνακας φωτοδιόδων από πυρίτιο προγραμματίζεται σε διαφορετικά φίλτρα εικόνας. Όταν χρησιμοποιείται σε ένα σύστημα εικόνας σε ένα αυτόνομο όχημα, απαιτεί ένα φίλτρο υψηλής διέλευσης που παρακολουθεί τις λωρίδες του δρόμου.

Ο Henry Hinton είναι ένας μεταπτυχιακός φοιτητής στο SEAS και συν-πρώτος συγγραφέας του εγγράφου.

“Προβλέποντας τον μελλοντικό μας στόχο, προβλέπουμε τη χρήση αυτού του πυριτίου-βασισμένου επεξεργαστή εντός αισθητήρα όχι μόνο σε εφαρμογές μηχανικής όρασης, αλλά και σε βιο-πρωτοτυπικές εφαρμογές, όπου η πρώιμη επεξεργασία πληροφοριών επιτρέπει την τοποθέτηση του αισθητήρα και των μονάδων υπολογισμού, όπως στον εγκέφαλο”, είπε ο Hinton.

Η ομάδα θα προσπαθήσει να αυξήσει την πυκνότητα των φωτοδιόδων και να τις ενσωματώσει με πυριτίου-ενσωματωμένα κυκλώματα.

“Αντικαθιστώντας τους τυποποιημένους μη-προγραμματιζόμενους pixel σε εμπορικούς αισθητήρες εικόνας πυριτίου με τους προγραμματιζόμενους που αναπτύχθηκαν εδώ, οι συσκευές εικόνας μπορούν να αφαιρέσουν έξυπνα άσχετα δεδομένα. Αυτό θα μπορούσε να γίνει πιο αποτελεσματικό σε ενέργεια και εύρος ζώνης για να αντιμετωπίσουν τις απαιτήσεις της επόμενης γενιάς εφαρμογών αισθητήρων”, είπε ο Jang.