Un capteur de vision bio-inspiré capable de détecter des caractéristiques spectrales distinctives

La capacité de détecter des objets dans des conditions d’éclairage défavorables, par exemple la nuit, dans des endroits ombragés ou dans des conditions de brouillard, pourrait améliorer considérablement la fiabilité des véhicules autonomes et des systèmes robotiques mobiles. Cependant, la plupart des méthodes de vision par ordinateur les plus utilisées se sont révélées efficaces dans des conditions d’éclairage médiocres.

Des chercheurs de l’Université polytechnique de Hong Kong ont récemment présenté un nouveau capteur de vision bio-inspiré qui peut s’adapter aux caractéristiques spectrales des environnements qu’il capture, détectant ainsi avec succès des objets dans une plus large gamme de conditions d’éclairage. Ce capteur nouvellement développé, présenté dans un article publié dans Électronique naturelleest basé sur un réseau de photodiodes disposées dos à dos.

« Dans un article précédent dans Électronique naturelle« Nous avons présenté une approche simple d’adaptation de l’intensité lumineuse dans le capteur pour améliorer la précision de reconnaissance des systèmes de vision artificielle », a déclaré Bangsen Ouyang, co-auteur de l’article, à Tech Xplore.

« En nous appuyant sur nos efforts de recherche antérieurs, nous avons étendu cette stratégie de la dimension d’intensité à la dimension spectrale de la lumière. »

L’objectif principal de ce travail récent d’Ouyang et de ses collègues était de concevoir un capteur de vision capable de reconnaître plus efficacement que d’autres capteurs des objets dans un environnement marqué par de fortes interférences lumineuses et lorsqu’il y a de la fumée ou du brouillard dans l’air. Le capteur qu’ils envisageaient de développer collecterait également des données avec une latence minimale, tout en consommant très peu d’énergie.

« Nous avons cherché à y parvenir sans avoir recours à des accessoires optiques ou à des ressources algorithmiques complexes, qui peuvent augmenter l’encombrement du système, la consommation d’énergie et le temps de latence », explique Ouyang. « Le capteur de vision que nous avons conçu est basé sur des photodiodes dos à dos, qui se composent de jonctions commutables avec différentes sensibilités spectrales.

« Plus précisément, la jonction peu profonde est composée de TiO₂/Sb₂Se₃tandis que la jonction profonde est constituée de Sb₂Se₃/Si. La sélection de ces deux jonctions peut être contrôlée par une tension de polarisation externe.”

La sélection de la jonction peu profonde dans le capteur améliore la sensibilité du capteur à la lumière à courte longueur d’onde, tandis que la sélection de la jonction profonde augmente sa sensibilité à la lumière à longue longueur d’onde. La conception unique du capteur permet ainsi d’ajuster ses photodiodes pour correspondre soit au spectre visible à large bande, soit à un spectre proche infrarouge à bande étroite.

« Le processus d’adaptation du spectre prend quelques dizaines de microsecondes, ce qui est comparable à la fréquence d’images (environ 100 kHz) des caméras à grande vitesse de pointe », a déclaré Ouyang. « Cette adaptation spectrale augmente efficacement le contraste Weber de la scène, ce qui améliore la précision de reconnaissance des caractéristiques lorsqu’elles sont exposées à un éblouissement intense de la lumière visible. »

Lors des premiers tests, l’approche d’adaptation spectrale intégrée au capteur introduite par Ouyang et ses collègues a obtenu des résultats très prometteurs. Appliquée au système de vision d’un véhicule autonome, cette approche s’est avérée offrir des capacités anti-éblouissantes avec une faible latence temporelle et une faible consommation d’énergie, sans nécessiter d’accessoires optiques supplémentaires ou d’algorithmes de calcul complexes.

« Notre étude présente une technologie innovante d’adaptation spectrale intégrée au capteur », a déclaré Ouyang. « Le processus d’adaptation spectrale est très rapide, comparable à la fréquence d’images (environ 100 kHz) des caméras à grande vitesse de pointe. Les implications pratiques de cette approche d’adaptation spectrale intégrée au capteur sont importantes, car elle élimine le besoin d’accessoires optiques ou de ressources algorithmiques complexes. »

Le nouveau capteur développé par cette équipe de chercheurs pourrait faire progresser les capacités des systèmes robotiques, notamment en améliorant leur capacité à reconnaître des objets dans différentes conditions d’éclairage sans augmenter leur consommation d’énergie. Le capteur pourrait être intégré dans une large gamme de technologies, notamment les véhicules autonomes, les appareils médicaux, les robots industriels ou de fabrication et les systèmes de surveillance.

« Nos futurs projets de recherche dans ce domaine incluent l’amélioration des performances du capteur de vision en termes de réactivité, de plage dynamique, de vitesse de réponse et d’autres facteurs clés », a ajouté Ouyang. « Nous souhaitons également explorer l’intégration de fonctions de détection supplémentaires dans les capteurs de vision, telles que la polarisation et la profondeur 3D.

« Enfin, nos prochaines études se concentreront sur la fabrication d’un ensemble à grande échelle de ces capteurs de vision, ainsi que des circuits périphériques et des logiciels correspondants, pour développer une puce de vision artificielle mature destinée à des applications pratiques. »

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