ریٹنا-متاثر شدہ وژن سینسر محیطی روشنی کے لیے زیادہ قابل اطلاق ہے

ماحول کی نگرانی کرنے اور حقیقی دنیا میں تشریف لے جانے کے لیے، روبوٹ کو مختلف پس منظر کی روشنی کے حالات میں تصاویر اور ماحولیاتی پیمائش حاصل کرنے کے قابل ہونا چاہیے۔ حالیہ برسوں میں، دنیا بھر کے محققین اور انجینئرز روبوٹ، نگرانی کے نظام یا دیگر آلات میں ضم کرنے کے لیے زیادہ سے زیادہ جدید سینسرز تیار کرنے کے لیے کام کر رہے ہیں جو اپنے اردگرد کو محسوس کر سکیں۔

میمز کنسلٹنگ کے مطابق، ہانگ کانگ پولی ٹیکنک یونیورسٹی، پیکنگ یونیورسٹی، یونسی یونیورسٹی اور فوڈان یونیورسٹی کے محققین نے حال ہی میں ایک نئی قسم کا بایونک وژن سینسر تیار کیا ہے جو ایک ایسا طریقہ کار استعمال کرتا ہے جو مصنوعی طور پر ریٹینل کے افعال کی نقل کرتا ہے اور اسے مختلف قسم کے ڈیٹا اکٹھا کیا جا سکتا ہے۔ روشنی کے حالات کے تحت. یہ بایونک وژن سینسر مولیبڈینم ڈسلفائیڈ سے بنے فوٹوٹرانسسٹرز پر مبنی ہے۔

بائیو میمیٹک ویژن سینسر سرنی کی تصویر (بائیں)؛ وژن سینسر یونٹ کی اسکیمیٹک ساخت اور آپٹیکل مائکروسکوپ امیج (دائیں)

"Our research team started work on optoelectronic memory five years ago," said Yang Chai, one of the researchers who developed the vision sensor. "This emerging device can output light-dependent and history-dependent signals, enabling image integration. , Weak signal accumulation, spectral analysis and other complex image processing functions, the multi-functional integration of sensing, data storage and data processing into one device."

2018 میں، یانگ چائی اور ان کے ساتھیوں نے آپٹو الیکٹرانک میموری پر پہلا مقالہ شائع کیا، جس میں انہوں نے ایک مزاحمتی سوئچنگ میموری ڈیوائس متعارف کرایا جو روشنی کی سینسنگ اور منطق کے کام انجام دے سکتا ہے۔ ایک سال بعد، ٹیم نے تین مختلف افعال کے ساتھ ایک نئی قسم کی photoresistive بے ترتیب رسائی میموری متعارف کرائی۔ خاص طور پر، نیا آلہ ماحول کو سمجھ سکتا ہے، معلومات کو میموری میں محفوظ کر سکتا ہے، اور نیورومورفک بصری پری پروسیسنگ آپریشنز انجام دے سکتا ہے۔

"We studied the concepts of near-sensor and in-sensor computing paradigms in 2020 and published our views in the field." Yang Chai continued, "This new research on biomimetic vision sensors builds on our On top of all previous efforts."

The intensity of ambient natural light varies widely, with a total range of 280 dB. When the human retina senses external light signals, it adjusts the light sensitivity of its photoreceptors (i.e., rods and cones) according to the strength of the signal. This ultimately enables the human eye to gradually adapt to varying levels of lighting, allowing it to see clearly in both dark and bright environments, an ability known as "visual adaptation."

"For example, when you enter a dark cinema from a bright hall, you can hardly see anything at first, but after a while in the cinema, it becomes easier to see things," explains Yang Chai. "This phenomenon is called scotopic adaptation. Conversely, if you go from a dark movie theater to a sunny outdoors, you'll feel very dazzled at first, and it takes a while to get used to seeing what's going on around you. The process The opposite of dark adaptation is called photopic adaptation."

The main goal of Yang Chai and his colleagues' recent work is to build a vision sensor inspired by the structure and function of the human retina. To do this, they first started by studying the human retina and then tried to design perceptual strategies that would allow them to artificially simulate visual adaptations.

CMOS ٹکنالوجی پر مبنی آرٹ امیج سینسرز کی ریاست-میں سے-عام طور پر 70 dB کی محدود ڈائنامک رینج ہوتی ہے۔ تاہم، یہ متحرک رینج قدرتی مناظر کی روشنی کی حد (280 ڈی بی) سے بہت کم ہے۔

"To achieve visual perception over a wide range of light intensities, researchers have explored the use of controlled optical apertures, liquid lenses, adjustable exposure times, and denoising algorithms in post-processing," said Yang Chai. "However, these Methods often require complex hardware and software resources."

Dark and light adaptation of biomimetic vision sensor arrays. (a) Schematic of the dark adaptation test: recognition of low-light images using an 8 x 8 pixel array in a dark environment. (b) Schematic diagram of light adaptation test: recognition of high-illuminance images using an 8 x 8 pixel array in a bright environment. (c) Dark adaptation process to identify the "8" pattern. (d) The photoadaptation process to identify the "8" pattern.

حسی ٹرمینلز پر روشنی-انکولی وژن اور وسیع سینسنگ رینج والے آپٹو الیکٹرانک آلات میں بہت قیمتی ایپلی کیشنز ہو سکتے ہیں۔ مثال کے طور پر، وہ کمپیوٹر ویژن ٹولز کی کارکردگی کو بہتر بنانے، روبوٹس یا دیگر سینسنگ سسٹمز بنانے کے لیے درکار ہارڈویئر کی پیچیدگی کو کم کرنے، اور تصویری شناخت کے نظام کی درستگی کو بہتر بنانے میں مدد کر سکتے ہیں۔

اگرچہ، دیگر تحقیقی ٹیموں نے آپٹو الیکٹرانک آلات تیار کیے ہیں جو ماضی میں روشنی کے مختلف حالات کے مطابق ڈھال سکتے ہیں۔ تاہم، زیادہ تر پہلے دکھائے گئے آلات صرف ریٹنا کے روشنی کے موافقت کے طریقہ کار کی نقل کر سکتے ہیں۔ تاریک موافقت کے عمل کو اب تک نقل کرنا زیادہ مشکل ثابت ہوا ہے۔

"There is still a long way to go to fully replicate the visual adaptation function of the retina," explains Yang Chai. "To achieve this, we designed a phototransistor-based vision sensor using ultra-thin semiconductors that can The degree of dark adaptation and light adaptation in the same device was controlled by applying different gate voltages. In this way, we simulated photoreceptors and horizontal cells in the retina and successfully achieved a sensing range of 199 dB. Vision-adaptive devices in biomimetic sensors."

بصری موافقت کے لیے ریٹنا میں فوٹو ریسیپٹرز اور افقی خلیوں کا مصنوعی تخروپن (تاریک موافقت اور روشنی کی موافقت)

یانگ چائی اور ان کے ساتھیوں کی طرف سے تیار کردہ بایومیمیٹک وژن سینسر ایک الٹراتھن سیمی کنڈکٹر مواد سے بنے فوٹوٹرانسسٹرز پر مبنی ہے جسے مولیبڈینم ڈسلفائیڈ کہا جاتا ہے۔ ان کے استعمال کردہ فوٹوٹرانسسٹرز میں متعدد چارج ٹریپ سٹیٹس ہیں جو مختلف گیٹ وولٹیجز پر چینل کے اندر الیکٹرانوں کو پھنس سکتے ہیں یا چھوڑ سکتے ہیں۔

Ultimately, these states allow researchers to dynamically tune the conductance of their devices. This, in turn, allowed them to artificially simulate the dark- and light-adaptive mechanisms of the human retina, thereby expanding the range of their sensor's perception of different lighting conditions.

"Our bionic vision sensor has several advantages and features," said Yang Chai. "First, the visual adaptation function is implemented in a single device, which greatly reduces the footprint. Second, multiple functions can be implemented on a single device. , including light sensing, memory, and processing. Finally, dark and light adaptation under different light intensities can be achieved by controlling its gate voltage."

یانگ چائی اور ان کے ساتھیوں نے ٹیسٹوں کی ایک سیریز میں بایونک وژن سینسر کا جائزہ لیا اور پایا کہ یہ انسانی ریٹنا کے کام کی مؤثر طریقے سے نقل کر سکتا ہے، تاریک اور روشنی دونوں موافقت میں قابل ذکر نتائج حاصل کر سکتا ہے۔ مزید برآں، اس میں پہلے کے تجویز کردہ حلوں کے مقابلے میں نمایاں طور پر زیادہ ادراک کی حد (199 ڈی ​​بی) ہے۔

"Our vision sensor can enrich machine vision functions, reduce hardware complexity, and achieve high image recognition efficiency," said Yang Chai, "All these advantages are available in areas such as autonomous driving, face recognition, and industrial manufacturing in complex lighting environments. great application prospects."

مستقبل کے مطالعے میں، محققین وژن سینسر کی کارکردگی کو مزید بہتر بنانے کا ارادہ رکھتے ہیں، جبکہ اسے سینسر کی صفوں پر مشتمل بڑے پیمانے پر{0}}سسٹم بنانے کے لیے بھی استعمال کرتے ہیں۔ مثالی طور پر، وہ اس سینسر سرنی کو ایک لچکدار یا ہیمسفریکل سبسٹریٹ پر بنانا چاہتے ہیں تاکہ وسیع تر منظر نامے کو فعال کیا جا سکے۔

"One area that needs improvement is the adaptation time of our vision sensor, as it is still not enough to support machine vision applications." Yang Chai added, "Our goal is to reduce the adaptation time to the microsecond level. In addition, the vision sensor array scale Further improvements are also needed. Our near-term target for array size is greater than 100 x 100 pixels. Finally, the heterogeneous integration of vision sensors and post-processing units, including silicon-based control circuits, is a very important step toward practical applications."

GMKJ ٹیکنالوجی صحت مند اور سمارٹ روشنی کے ذرائع میں گہرائی سے مصروف ہے، جو UVA UVB UVC LED، انفراریڈ IR LED VCSEL مصنوعات اور مارکیٹ کو حل فراہم کرتی ہے۔ ایک صحت مند اور سمارٹ زندگی بنانے کے لیے ہلکی ٹیکنالوجی کے استعمال کو مشترکہ طور پر فروغ دینے کے لیے ملکی اور غیر ملکی مارکیٹوں میں اس کے سینکڑوں اعلی-معیار پارٹنرز ہیں۔ .