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光學傳感器讓“機器視覺”走進千家萬戶
2020年12月12日 09:09:36
來源：儀表網 點擊量：4294
美國俄勒岡州立大學在新型光學傳感器研發上取得重大進展。他們開發出一種新型光學傳感器，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、機器人技術和人工智能等領域的重大突破。
【化工儀器網 行業動態】美國俄勒岡州立大學在新型光學傳感器研發上取得重大進展。他們開發出一種新型光學傳感器，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、機器人技術和人工智能等領域的重大突破。
目前的信息處理算法和體系結構變得越來越像人的大腦，但信息接收的方式仍是為傳統計算機設計的。為了發揮其全部潛能，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。
新型光學傳感器模仿人眼感知
光學傳感器是一種小型電子設備，各種光學檢測系統中實現光學轉換的關鍵元件。它主要是利用光的各種性質，檢測物體的有無和表面狀態的變化等的傳感器。光學傳感器主要由發光的投光部和接受光線的受光部構成。如果投射的光線因檢測物體不同而被遮掩或反射，到達受光部的量將會發生變化。受光部將檢測出這種變化，并轉換為電信號，進行輸出。
傳統的傳感技術，如數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，這意味著靜態圖像會使傳感器產生較為恒定的輸出電壓。
在新型視網膜形態傳感器中，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電容器，在光照下，它會從電絕緣體變為導體。因此傳感器在靜態條件下保持相對安靜，當檢測到光照變化時，會記錄一個短而尖銳的信號，然后迅速恢復到其基線狀態。
這種新型傳感器還能與神經形態計算機完美匹配。神經形態計算機與傳統計算機不同，是一種模擬人腦的大規模并行網絡，為用于自動駕駛汽車、機器人技術和高級圖像識別中的下一代人工智能提供支持。
光學傳感器的原理與應用
光學傳感器是各種光學檢測系統中實現光學轉換的關鍵元件。光學檢測方法具有精度高、反應快、非接觸等優點，而且可測參數多，傳感器的結構簡單，形式靈活多樣，因此，光學式傳感器在檢測和控制中應用非常廣泛。
發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將光學影像轉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行比較分析，然后發送一個位移距離信號到接口電路。接口電路對由dsp發來的位移信號進行整合處理，而已傳入計算機內部的位移信號再經過驅動程序的進一步處理，終在系統中形成光標的位移。
光學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、應變、位移、振動、速度、加速度，以及物體的形狀、工作狀態的識別等。
其中，環境光傳感器近年來在消費電子產品中得到廣泛的應用，它可以用來感知周圍光線情況，并告知處理芯片自動調節顯示器背光亮度，降低產品的功耗。例如，在手機、筆記本等移動應用中，顯示器消耗的電量高達電池總電量的30%，采用環境光傳感器可以大限度地延長電池的工作時間。另一方面，環境光傳感器有助于顯示器提供柔和的畫面。當環境亮度較高時，使用環境光傳感器的液晶顯示器會自動調成高亮度。當外界環境較暗時，顯示器就會調成低亮度，實現自動調節亮度。
光學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？答案就是有了光學傳感器的加持。通過光學傳感器，無人機不但能感知障礙物，還能知道自己和障礙物的距離，實現精準的避障和繞障。機器視覺的概念源自于機器人領域，美國機器人工業協會對其定義為：“通過光學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。”
正是有了光學傳感器，機器視覺早已不再是工業自動化領域的專屬名詞，并已經輕松融入了我們的生活當中，因此也有了“消費級機器視覺”這一新興領域及概念。比如，進入很多家庭的掃地機器人，配備了機器視覺技術，可以徹底清掃衛生死角。小巧便捷的翻譯筆，因機器視覺技術，可以讀懂多種語言。而工業自動化生產線上，依然使用機器視覺系統自動完成高度精密的自動化制造及對不良產品的檢測等。
而隨著AI應用的廣泛落地，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備的身影。總體來看，光學傳感器已借由“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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