В таких областях, как здравоохранение, биометрия, автономное вождение, сельское хозяйство, обнаружение химических веществ и контроль качества продуктов питания, и это лишь некоторые из них. IDTechEx прогнозирует, что растущая важность автономных технологий приведет к тому, что объем развивающегося рынка датчиков изображения превысит 500 миллионов долларов к 2033 году.
Расширение спектрального диапазона:
Традиционные CMOS-детекторы видимого света широко распространены в робототехнике, промышленной визуализации и бытовой электронике; однако существуют значительные возможности для более сложных датчиков изображения, предлагающих функции, выходящие за рамки простого получения значений интенсивности красного, зеленого и синего (RGB) цветов. В настоящее время значительные усилия направлены на разработку новых технологий датчиков изображения, способных обнаруживать аспекты света за пределами видимого диапазона, в коротковолновом инфракрасном диапазоне (SWIR, 1000–2000 нм). Расширение диапазона длин волн обнаружения до SWIR-диапазона дает множество преимуществ, поскольку позволяет различать объекты и материалы, которые визуально кажутся похожими или идентичными в видимом диапазоне. Это существенно повышает точность распознавания и открывает путь к более качественному и функциональному обнаружению изображений.
Ключевой тенденцией является разработка гораздо более дешевых альтернатив очень дорогим датчикам InGaAs для получения изображений в коротковолновом инфракрасном диапазоне (SWIR, 1000–2000 нм), что откроет эту возможность для гораздо более широкого спектра применений. Это включает в себя автономные транспортные средства, где SWIR-изображение помогает различать объекты и материалы, которые кажутся похожими в видимом спектре, а также уменьшает помехи от пыли и дымки.
Несколько новых, не основанных на InGaAs, технологий ближнего инфракрасного диапазона (SWIR) являются конкурентоспособными. К ним относятся гибридные датчики изображения, в которых тонкий дополнительный слой органических полупроводников или квантовых точек поглощает свет и размещается поверх схемы считывания CMOS для увеличения диапазона обнаружения длин волн в SWIR-диапазоне. Другая технология — это кремний расширенного диапазона, свойства которого изменяются для расширения диапазона поглощения за пределы ограничений его запрещенной зоны. В настоящее время доминируют дорогие датчики на основе InGaAs, но эти новые подходы обещают существенное снижение цен, что, как ожидается, будет способствовать внедрению SWIR-изображений в новые приложения, такие как автономные транспортные средства.
Новые датчики изображения открывают новые возможности.
Помимо захвата изображений в более широком спектральном диапазоне, другие инновации включают захват изображений на большей площади, получение спектральных данных для каждого пикселя и одновременное повышение временного разрешения и динамического диапазона. Одной из перспективных технологий в этой области является событийное зрение. При традиционной покадровой съемке высокое временное разрешение приводит к большим объемам данных, требующим интенсивной компьютерной обработки. Событийное зрение решает эту проблему, предлагая совершенно новый подход к оптическому сбору информации, при котором каждый пиксель датчика сообщает временные метки, соответствующие изменениям интенсивности. Таким образом, событийное зрение может сочетать более высокое временное разрешение быстро изменяющихся областей изображения со значительно сниженными требованиями к передаче данных и постобработке.
Еще одним многообещающим нововведением является растущая миниатюризация и конформность сенсорных технологий, что упрощает интеграцию датчиков в роботизированные манипуляторы, промышленное контрольно-измерительное оборудование или бытовую электронику. Это лишь некоторые из областей применения, на которые нацелен быстрорастущий рынок миниатюрных спектрометров. Благодаря развитию интеллектуальной электроники и устройств Интернета вещей, недорогие миниатюрные спектрометры становятся все более актуальными в различных секторах. Сложность и функциональность стандартных датчиков видимого света могут быть значительно улучшены за счет интеграции миниатюрных спектрометров, способных обнаруживать объекты в видимом диапазоне и в ближнем инфракрасном диапазоне спектра с высоким спектральным разрешением. Будущее, которое видят исследователи из Института Фраунгофера, – это спектрометр, который весит всего один грамм и стоит один доллар. Ожидается, что миниатюрные спектрометры предложат экономически эффективные решения для повышения автономности за счет большей дифференциации материалов, объектов и цветов.
