Сенсоры больше не преграда: создан прорывной глаз для машинного зрения – будущее уже здесь

Машинное зрение уже стало незаменимой технологией для промышленности: оно помогает находить дефекты, контролировать качество деталей и электроники, проверять маркировку, отслеживать сроки годности и сортировать продукцию. Но несмотря на огромный прогресс алгоритмов, аппаратная часть — сенсоры — остаётся слабым звеном.

Ограничения современных сенсоров

Сегодня используются два основных типа сенсоров. Кадровые делают снимки через заданные промежутки времени, а событийные фиксируют изменение яркости в отдельных пикселях. Однако оба варианта далеки от возможностей человеческой сетчатки: они не так быстры, не столь чувствительны и плохо адаптируются к разным условиям освещения.

Прорыв китайских учёных

Недавно исследователи из Китая представили сенсор, который имитирует работу человеческого глаза. Разработка получила название ретиноморфный фотодиод (RPD), и её устройство подробно описано в журнале Nature Nanotechnology.

В отличие от привычных сенсоров, RPD повторяет слоистую структуру сетчатки:

• органический фотодиод работает как палочки, преобразуя свет в электрический сигнал;

• ионный резервуар выполняет роль нейронов сетчатки, сохраняя и передавая информацию;

• переход Шоттки действует как зрительный нерв, передающий импульсы дальше.

"Современные сенсоры машинного зрения, включая кадровые и событийные типы, часто оказываются несостоятельными из-за их ограниченной временной динамики по сравнению с человеческой сетчаткой… Мы представляем событийный ретиноморфный фотодиод (RPD), который имитирует слоистую структуру и сигнальный путь сетчатки", — отмечают авторы работы.

Результаты испытаний

В первых тестах RPD превзошёл другие фотодиоды, ранее применявшиеся в задачах машинного зрения. Новый сенсор показал динамический диапазон более 200 дБ, снизил уровень шумов и избыточность данных, а также продемонстрировал способность работать даже в условиях экстремального освещения.

Учёные подчеркивают, что благодаря своей конструкции устройство можно масштабировать и использовать в сложных промышленных задачах, от систем контроля качества до автономного транспорта.

"Такая конструкция обеспечивает динамический диапазон, превышающий 200 дБ, существенно снижает шумы и избыточность данных и позволяет осуществлять высокоплотную интеграцию", — говорится в статье.

Перспективы применения

Если технология будет доведена до промышленного уровня, это откроет путь к системам машинного зрения нового поколения. Они смогут не только сравняться с человеческим глазом по адаптивности, но и превзойти его в точности и устойчивости к внешним условиям.

Интересные факты

1. Сетчатка человека способна различать свет в диапазоне более 160 дБ, что пока недостижимо для большинства сенсоров.

2. Через зрительный нерв в мозг поступает около 1 миллиарда сигналов в секунду, и именно эта скорость делает зрение таким эффективным.

3. Первые прототипы "искусственной сетчатки" создавались для медицины — в качестве имплантов для восстановления зрения, а теперь технологии нашли применение в робототехнике.