La nuova tecnologia SWIR può essere un catalizzatore per la visione artificiale

10 ore fa p Jake Hertz Sebbene l'innovazione nella visione artificiale provenga in gran parte dai campi dell'informatica, questo studio è stato anche notevolmente facilitato dai miglioramenti nell'hardware. Gli EE escogitano continuamente nuovi metodi di imaging e rilevamento, fornendo algoritmi di visione artificiale con dati grezzi più utili. Una delle tecnologie in via di sviluppo che hanno trovato grande uso nelle applicazioni di visione artificiale scientifiche e industriali è l'imaging a infrarossi a onde corte (SWIR).
Recentemente, l'istituto di ricerca Imec ha pubblicizzato che il suo fotorilevatore di recente sviluppo ha raggiunto il pixel pitch più piccolo fino ad oggi con le tecnologie SWIR. Per comprendere meglio il significato di questo annuncio, potrebbe essere utile valutare prima come funziona l'imaging SWIR, soprattutto perché questa tecnologia diventa sempre più utile nelle future applicazioni di machine learning. L'imaging SWIR utilizza la regione della lunghezza d'onda 1-2.
7μm dello spettro infrarosso. I sensori basati su SWIR funzionano secondo un principio simile ai sensori basati su CMOS, convertendo i fotoni in elettroni. A differenza dei sensori CMOS, che si basano sul silicio, la tecnologia SWIR deve utilizzare indio gallio arseniuro (InGaAs) o mercurio cadmio tellururo (MCT o HgCdTe), entrambi sensibili alla luce infrarossa.
La sensibilità di questi sensori a diverse lunghezze d'onda è una funzione della loro struttura chimica. Entrambi i materiali richiedono un forte raffreddamento per ottenere un adeguato rapporto segnale / rumore (SNR), ma l'MCT spesso necessita di raffreddamento criogenico. Di conseguenza, InGaAs è più comunemente usato perché è più pratico ed economico.
Questi tipi di sensori funzionano con un'architettura ibrida che combina un circuito di lettura CMOS basato su silicio con un array fotosensibile InGaAs. SWIR apre le porte per migliorare gli attuali sistemi di visione artificiale mediante imaging oltre lo spettro visibile. A causa della sua natura riflettente, la luce SWIR contiene ombre e contrasto nelle sue immagini.
Producendo immagini incolori, l'imaging basato su SWIR rende gli oggetti facilmente riconoscibili, fornendo enormi miglioramenti alle applicazioni di visione artificiale. SWIR consente inoltre alle telecamere di vedere attraverso superfici che non sono trasparenti all'occhio umano. Un classico esempio in cui SWIR è utile è il rilevamento dell'umidità.
Mentre l'acqua è trasparente alla luce visibile, assorbe SWIR, il che la fa apparire nera in modo identificabile nell'immagine risultante. Altre applicazioni includono l'ispezione non invasiva della macchina e l'analisi spettroscopica. Anche compiti come lo smistamento della plastica per il riciclaggio sono possibili grazie ai vantaggi di SWIR.
Spingendo ulteriormente lo sviluppo delle tecnologie SWIR, Imec ha fatto notizia questa settimana con la notizia di un prototipo di fotosensore SWIR monolitico che raggiunge una risoluzione record. I sensori di immagine SWIR convenzionali sono generalmente prodotti con una tecnologia ibrida in cui il flip-chip lega un fotorilevatore basato su InGaAs a un circuito di lettura in silicio. Pur ottenendo un'elevata sensibilità, questa configurazione può essere costosa da produrre ed è limitata in termini di dimensioni e densità dei pixel, impedendo l'adozione di questa tecnologia.
Il nuovo prototipo di circuito di Imec è invece basato su un fotorilevatore Si-CMOS a film sottile integrato monoliticamente. Imec afferma che questo circuito è "favoloso compatibile" per la produzione a livello di wafer ad alto rendimento. Basato sulla tecnologia CMOS a 130 nm, il prototipo funziona utilizzando un sottile strato assorbitore come i punti quantici PbS da 5.
5 nm, che corrisponde al picco di assorbimento a una lunghezza d'onda di 1400 nm. Questo picco di assorbimento, tuttavia, può essere regolato su lunghezze d'onda anche maggiori di 2000 nm Con questo nuovo approccio, si dice che il fotorilevatore raggiunga un passo di 1,82μm, una prodezza che Imec afferma essere il pixel pitch più piccolo record ottenuto con le tecnologie SWIR fino ad oggi.
Gli EE che lavorano con la tecnologia di imaging SWIR hanno un ruolo importante da svolgere nell'innovazione della visione artificiale. Questa tecnologia è in grado di catturare immagini uniche oltre la portata dei sensori di immagine CCD o CMOS. Man mano che i dispositivi di imaging SWIR diventano ancora più precisi (proprio come Imec sta cercando di ottenere), gli algoritmi di apprendimento automatico forniranno risultati più dettagliati e accurati in una serie di campi: valutazione del contenuto di acqua nelle piante, rilevamento dell'umidità nella lavorazione del legno e persino identificazione della matita o carboncino sotto dipinti storici.
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