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光學(xué)傳感器讓“機器視覺”走進(jìn)千家萬戶
2020年12月12日 09:09:36
來源：儀表網(wǎng) 點擊量：4298
美國俄勒岡州立大學(xué)在新型光學(xué)傳感器研發(fā)上取得重大進(jìn)展。他們開發(fā)出一種新型光學(xué)傳感器，可更逼真地模仿人眼感知物體變化的能力。這一成果有望帶來圖像識別、機器人技術(shù)和人工智能等領(lǐng)域的重大突破。
【化工儀器網(wǎng) 行業(yè)動態(tài)】美國俄勒岡州立大學(xué)在新型光學(xué)傳感器研發(fā)上取得重大進(jìn)展。他們開發(fā)出一種新型光學(xué)傳感器，可更逼真地模仿人眼感知物體變化的能力。這一成果有望帶來圖像識別、機器人技術(shù)和人工智能等領(lǐng)域的重大突破。
目前的信息處理算法和體系結(jié)構(gòu)變得越來越像人的大腦，但信息接收的方式仍是為傳統(tǒng)計算機設(shè)計的。為了發(fā)揮其全部潛能，更像人腦那樣“思考”的計算機需要更像人眼那樣“看”的圖像傳感器。
新型光學(xué)傳感器模仿人眼感知
光學(xué)傳感器是一種小型電子設(shè)備，各種光學(xué)檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光學(xué)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件。它主要是利用光的各種性質(zhì)，檢測物體的有無和表面狀態(tài)的變化等的傳感器。光學(xué)傳感器主要由發(fā)光的投光部和接受光線的受光部構(gòu)成。如果投射的光線因檢測物體不同而被遮掩或反射，到達(dá)受光部的量將會發(fā)生變化。受光部將檢測出這種變化，并轉(zhuǎn)換為電信號，進(jìn)行輸出。
傳統(tǒng)的傳感技術(shù)，如數(shù)碼相機和智能手機中的芯片，更適合順序處理。每個傳感器都會產(chǎn)生一個幅度隨其接收的光強度而變化的信號，這意味著靜態(tài)圖像會使傳感器產(chǎn)生較為恒定的輸出電壓。
在新型視網(wǎng)膜形態(tài)傳感器中，利用了鈣鈦礦的獨特光電性能。鈣鈦礦置于厚度僅幾百納米的超薄層中充當(dāng)電容器，在光照下，它會從電絕緣體變?yōu)閷?dǎo)體。因此傳感器在靜態(tài)條件下保持相對安靜，當(dāng)檢測到光照變化時，會記錄一個短而尖銳的信號，然后迅速恢復(fù)到其基線狀態(tài)。
這種新型傳感器還能與神經(jīng)形態(tài)計算機完美匹配。神經(jīng)形態(tài)計算機與傳統(tǒng)計算機不同，是一種模擬人腦的大規(guī)模并行網(wǎng)絡(luò)，為用于自動駕駛汽車、機器人技術(shù)和高級圖像識別中的下一代人工智能提供支持。
光學(xué)傳感器的原理與應(yīng)用
光學(xué)傳感器是各種光學(xué)檢測系統(tǒng)中實現(xiàn)光學(xué)轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵元件。光學(xué)檢測方法具有精度高、反應(yīng)快、非接觸等優(yōu)點，而且可測參數(shù)多，傳感器的結(jié)構(gòu)簡單，形式靈活多樣，因此，光學(xué)式傳感器在檢測和控制中應(yīng)用非常廣泛。
發(fā)光二極管照亮采樣表面，對比度強烈的待采樣影像通過透鏡在cmos上成像，cmos將光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為矩陣電信號傳輸給dsp，dsp則將此影像信號與存儲的上一采樣周期的影像進(jìn)行比較分析，然后發(fā)送一個位移距離信號到接口電路。接口電路對由dsp發(fā)來的位移信號進(jìn)行整合處理，而已傳入計算機內(nèi)部的位移信號再經(jīng)過驅(qū)動程序的進(jìn)一步處理，終在系統(tǒng)中形成光標(biāo)的位移。
光學(xué)傳感器可以用于檢測如光強、光照度、輻射測溫、氣體成分分析等；也可用來檢測如零件直徑、表面粗糙度、應(yīng)變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態(tài)的識別等。
其中，環(huán)境光傳感器近年來在消費電子產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用，它可以用來感知周圍光線情況，并告知處理芯片自動調(diào)節(jié)顯示器背光亮度，降低產(chǎn)品的功耗。例如，在手機、筆記本等移動應(yīng)用中，顯示器消耗的電量高達(dá)電池總電量的30%，采用環(huán)境光傳感器可以大限度地延長電池的工作時間。另一方面，環(huán)境光傳感器有助于顯示器提供柔和的畫面。當(dāng)環(huán)境亮度較高時，使用環(huán)境光傳感器的液晶顯示器會自動調(diào)成高亮度。當(dāng)外界環(huán)境較暗時，顯示器就會調(diào)成低亮度，實現(xiàn)自動調(diào)節(jié)亮度。
光學(xué)傳感器助力機器視覺
無人機越來越聰明了！很多使用者都有這樣的感慨。從前操作無人機都要小心翼翼，唯恐突遇障礙物擋道，遭遇炸機之慘禍。現(xiàn)在的無人機則完全可以騰挪躲閃，及時回避飛行路徑中的各種障礙物，讓很多初學(xué)者也可以輕易駕馭。
變聰明的無人機有什么秘技嗎？答案就是有了光學(xué)傳感器的加持。通過光學(xué)傳感器，無人機不但能感知障礙物，還能知道自己和障礙物的距離，實現(xiàn)精準(zhǔn)的避障和繞障。機器視覺的概念源自于機器人領(lǐng)域，美國機器人工業(yè)協(xié)會對其定義為：“通過光學(xué)的裝置和非接觸的傳感器自動地接收和處理一個真實物體的圖像，以獲得所需信息或用于控制機器人運動的裝置。”
正是有了光學(xué)傳感器，機器視覺早已不再是工業(yè)自動化領(lǐng)域的專屬名詞，并已經(jīng)輕松融入了我們的生活當(dāng)中，因此也有了“消費級機器視覺”這一新興領(lǐng)域及概念。比如，進(jìn)入很多家庭的掃地機器人，配備了機器視覺技術(shù)，可以徹底清掃衛(wèi)生死角。小巧便捷的翻譯筆，因機器視覺技術(shù)，可以讀懂多種語言。而工業(yè)自動化生產(chǎn)線上，依然使用機器視覺系統(tǒng)自動完成高度精密的自動化制造及對不良產(chǎn)品的檢測等。
而隨著AI應(yīng)用的廣泛落地，例如掃臉支付、人臉識別門禁更是以極快的速度滲透到了人們的工作和生活中。連商場里也不乏智能互動電子屏、智能穿衣鏡等基于AI及機器視覺的交互類智能視頻設(shè)備的身影。總體來看，光學(xué)傳感器已借由“消費級機器視覺”的紐帶與我們的生活完美契合在了一起。
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