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斯坦福大学的工程师希望螳螂虾成为光学传感器的缪斯
来源:赛斯维传感器网 发表于 2021/3/9

极化成像可能是机器视觉的福音。现在,斯坦福大学的研究人员开发了一种新型的光传感器,其灵感来自一个不太可能的光源。


在设计新技术时,工程师们长期以来一直在寻求自然的灵感。无论是怀特兄弟研究鸟类以发展飞行力,还是现代工程师从章鱼吸盘中汲取灵感设计可穿戴式织物传感器,进化都为电子,光学和机械设计提供了见识。 


尽管仿生历史悠久,但似乎仍有许多研究人员可以向自然学习。遵循这一趋势,斯坦福大学的工程师最近发表了一篇论文,他们在其中描述了一种新型的光学传感器-这次是从一种不太可能的来源中获得灵感:螳螂虾。 

螳螂虾能够看到可见光,紫外线和偏振光。 


偏振影像和机器视觉 

通常用三个关键特性来描述光:强度,波长和偏振。机器视觉之类的应用程序会检测所有这三个方面,从而为软件算法提供尽可能多的详细信息。


特别是偏振可以提供常规成像无法提供的有价值的信息,与基于非偏振的方法相比,可以实现更灵敏的成像。 

通过交叉偏振器的光的偏振。图片由fsu提供


尽管已经使用基于硅的技术来成功地检测强度和波长,但事实证明硅无法检测光的偏振。取而代之的是,设计人员必须在其图像传感器的前面使用偏振滤光片。偏振成像的三种常规技术包括时间分割,振幅分割和焦平面成像分割。 


常规极化技术 

时分技术通过旋转图像传感器顶部的偏振滤光片来工作,该图像传感器会按时间顺序捕获数据。振幅的划分由一个棱镜组成,该棱镜会将光分成不同的路径,每个路径都有自己的传感器。最后,焦平面的划分与放置在焦平面上的微偏振器一起工作,以建立不同的偏振状态。 

偏振滤光片技术比较。图片由photonics media提供


但是,所有这三种技术都是昂贵且费时的,这可能会妨碍需要快速,低成本和高度耐用的j9九游会·(中国)真人游戏第一品牌的解决方案的机器视觉应用。


甲壳类动物的灵感

斯坦福大学的研究人员了解到机器视觉应用中需要更好的偏振成像技术后,便转向自然界寻求j9九游会·(中国)真人游戏第一品牌的解决方案。事实证明,螳螂虾既可以看到高光谱光也可以看到偏振光,这是现代技术难以实现的壮举。 


研究人员在《科学杂志》上发表的论文中描述了一种新型传感器,该传感器模仿螳螂虾的眼睛,以实现四个光谱通道和三个极化通道的同时配准。根据研究人员的说法,该设计本身包括堆叠的“对极化敏感的有机光伏(p-opv)和聚合物阻滞剂”。 

传感器的结构,折叠的延迟器元件以及光谱延迟。图片由altaqui等提供。 


p-opv对光的响应根据光的偏振而变化,而延迟器则根据其偏振态以确定性的方式分散光。利用这种架构,该传感器可以检测设备中足够小以适合智能手机的两种类型的光。 


改善机器视觉 

虽然只是概念上的证明,但传感器可能会产生重大影响。以很小的形状系数检测光的偏振以适合智能手机的能力可以从根本上改变当前机器视觉应用的局限性。


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