Nowe technologie czujników obrazu

Wykrywanie obrazu to kluczowa funkcja, wykorzystywana w wielu aplikacjach, od kamer internetowych i kamer smartfonów po pojazdy autonomiczne i inspekcje przemysłowe. Nowy raport IDTechEx, ‘Emerging Image Sensor Technologies 2021-2031: Applications and Markets’, kompleksowo bada rynek nowych czujników obrazu, obejmujący różnorodny zakres technologii, od elastycznych fotodetektorów cienkowarstwowych po widzenie oparte na zdarzeniach.

Przyczyny opracowywania nowych technologii przetwarzania obrazu

Podczas gdy konwencjonalne detektory CMOS przewidziane dla światła widzialnego mają dobrze ugruntowaną pozycję na rynku i są szeroko skomercjalizowane - przynajmniej w przypadku zastosowań, w których koszty odrywają kluczową rolę - istnieją szerokie możliwości zastosowania bardziej złożonych  rozwiązań do wykrywania obrazu, oferujących  możliwości wykraczające poza zwykłe uzyskiwanie wartości natężenia światła czerwonego, zielonego i niebieskiego (RGB) na każdym pikselu. Wynika to w dużej mierze z coraz powszechniejszego stosowania widzenia maszynowego, w którym analizę obrazu przeprowadzają algorytmy obliczeniowe. Uczenie maszynowe wymaga jak największej ilości danych wejściowych w celu ustalenia korelacji, które mogą ułatwić identyfikację i klasyfikację obiektów, dlatego pozyskiwanie informacji optycznych w różnych zakresach długości fal lub z rozdzielczością widmową jest bardzo pożądane.

Oczywiście, pojawiające się technologie przetworników obrazu oferują również wiele innych korzyści. Przykładami są osiągnięcie podobnych możliwości przy niższych kosztach, zwiększony zakres dynamiki, poprawę rozdzielczości czasowej, zmienną przestrzennie czułość, wysoką rozdzielczość, zmniejszenie niepożądanego wpływu rozpraszania światła i wiele innych.

Nowy raport IDTechEx 'Emerging Image Sensor Technologies 2021-2031: Applications and Markets' wskazuje wiele nowych technologii czujników obrazu, w szczególności:

·       Kropki kwantowe na krzemowych hybrydowych przetwornikach obrazu

·       Fotodetektory organiczne na krzemowych hybrydowych czujnikach obrazu

·       Nowe technologie przetworników obrazu SWIR.

·       Fotodiody organiczne i perowskitowe (OPD i PPD)

·       Widzenie oparte na zdarzeniach

·       Obrazowanie hiperspektralne

·       Elastyczne czujniki rentgenowskie

·       Obrazowanie fali (wavefront imaging)

© IdTechEx

Rysunek: Technologie uwzględnione w nowym raporcie IDTechEx 'Emerging Image Sensor Technologies 2021-2031: Applications and Markets'.

Nowe technologie przetworników obrazu pojawiające się w opisywanym raporcie obejmują między innymi:

• Hybrydowe czujniki obrazu – dodanie dodatkowej warstwy pochłaniającej światło na górze stosu CMOS to podejście hybrydowe, które wykorzystuje organiczne półprzewodniki lub kropki kwantowe w celu zwiększenia czułości widmowej w regionie SWIR. Ta nowa technologia, zdominowana obecnie przez drogie czujniki InGaAs, daje jednak nadzieję na znaczne obniżenie ceny, a tym samym na adopcję obrazowania SWIR w nowych zastosowaniach, takich jak pojazdy autonomiczne.
• Extended-range silicon (dosł. krzem o rozszerzonym zasięgu ) - bardzo wysoka cena czujników InGaAs oznacza znaczną motywację dla opracowywania znacznie tańszych alternatyw, które mogą wykrywać światło w dolnej części zakresu widmowego SWIR. Takie czujniki SWIR można następnie zastosować w pojazdach, aby zapewnić lepszą widoczność przez mgłę i kurz dzięki zmniejszeniu rozpraszania światła.
• Fotodetektory cienkowarstwowe - wykrywanie światła na dużym obszarze, a nie w pojedynczym małym detektorze, jest bardzo pożądane do pozyskiwania danych biometrycznych oraz - pod warunkiem że czujnik jest elastyczny - do obrazowania przenikającego przez skórę. Nowe podejście, które wykorzystuje tzw. półprzewodniki przetwarzalne (processable semicoductors), oferują atrakcyjny sposób wytwarzania fotodetektorów konforemnych o dużej powierzchni do zastosowań takich jak wykrywanie niedoświetlonych odcisków palców.
• Widzenie oparte na zdarzeniach — pojazdy autonomiczne, drony i szybkie aplikacje przemysłowe wymagają wykrywania obrazu o wysokiej rozdzielczości czasowej. Jednak w przypadku konwencjonalnego obrazowania, opartego na klatkach, wysoka rozdzielczość czasowa generuje ogromne ilości danych, które wymagają intensywnego przetwarzania obliczeniowego. Widzenie oparte na zdarzeniach to nowy sposób uzyskiwania informacji optycznych, który łączy większą rozdzielczość czasową szybko zmieniających się obrazów ze znacznie zmniejszonym transferem danych i zmniejszonymi późniejszymi wymaganiami w zakresie przetwarzania.

Podsumowując, coraz częstsze stosowanie widzenia maszynowego stwarza szansę dla nowych się technologii wykrywania obrazu, oferujących możliwości wykraczające poza konwencjonalne czujniki CMOS.