과학자들은 전례 없는 각도 해상도로 3D 장면 구성을 위한 새로운 라이트 필드 센서를 개발합니다.

과학자들은 전례 없는 각도 해상도로 3D 장면 구성을 위한 새로운 라이트 필드 센서를 개발합니다.

타임 스탬프 : 11 년 2023 월 8 일 오전 18시 XNUMX 분
소스 노드 : 2651600
11 년 2023 월 XNUMX 일 (나노 워크 뉴스) 싱가포르국립대학교(NUS) 이과대학 화학과 류샤오강(Liu Xiaogang) 교수 연구팀이 광학기기 용량인 극도로 높은 각도 분해능을 갖춘 3차원 영상 센서를 개발했다. 0.0018o의 작은 각도 거리로 분리된 물체의 점을 구별합니다. 이 혁신적인 센서는 고유한 각도-색상 변환 원리로 작동하여 X선부터 가시광선 스펙트럼까지 3D 조명 필드를 감지할 수 있습니다. 라이트 필드는 인간의 눈이 처리하여 물체 간의 공간적 관계를 정확하게 감지할 수 있는 광선의 강도와 방향의 결합을 포함합니다. 그러나 전통적인 광 감지 기술은 덜 효과적입니다. 예를 들어, 대부분의 카메라는 3차원 이미지만 생성할 수 있는데, 이는 일반 사진 촬영에는 적합하지만 가상 현실, 자율 주행 자동차, 생물학적 이미징을 포함한 고급 애플리케이션에는 충분하지 않습니다. 이러한 애플리케이션에는 특정 공간의 정밀한 80D 장면 구성이 필요합니다. 예를 들어, 자율주행차는 라이트 필드 감지를 사용하여 거리를 확인하고 도로 위험을 보다 정확하게 평가하여 그에 따라 속도를 조정할 수 있습니다. 또한 라이트 필드 감지를 통해 외과 의사는 다양한 깊이에서 환자의 해부학적 구조를 정확하게 이미지화할 수 있으므로 보다 정확한 절개를 만들고 환자의 부상 위험을 더 잘 평가할 수 있습니다. “현재 명시야 검출기는 다양한 각도에서 동일한 공간에 대한 여러 이미지를 얻기 위해 일련의 렌즈 또는 광결정을 사용합니다. 그러나 실제 사용을 위해 이러한 요소를 반도체에 통합하는 것은 복잡하고 비용이 많이 듭니다.”라고 Liu 교수는 설명했습니다. "기존 기술은 자외선에서 가시광선까지의 파장 범위에서만 광장을 감지할 수 있어 X선 감지의 적용 가능성이 제한적입니다." 또한 마이크로렌즈 어레이와 같은 다른 라이트 필드 센서와 비교하여 NUS 팀의 라이트 필드 센서는 0.015도 이상의 더 큰 각도 측정 범위, 작은 센서의 경우 잠재적으로 0.002도 미만일 수 있는 높은 각도 분해능 및 550 nm ~ 3 nm 사이의 더 넓은 스펙트럼 응답 범위. 이러한 사양을 통해 새로운 센서는 더 높은 깊이 해상도에서 XNUMXD 이미지를 캡처할 수 있습니다. 센서의 핵심 구성 요소인 나노 결정 형광체로 구성된 대규모 각도 감지 구조가 자외선 아래에서 조명됩니다. 센서의 핵심 구성요소인 나노결정 인광체로 구성된 대규모 각도 감지 구조는 자외선 아래에서 조명됩니다. 빨간색, 녹색, 파란색 빛을 생성하는 3개의 발광 형광체를 패턴으로 배열하여 상세한 각도 정보를 캡처한 후 XNUMXD 이미지 구성에 사용합니다. 팀은 구조에 다른 재료를 사용하는 방법도 모색하고 있습니다. (이미지 : NUS) 획기적인 성과가 저널에 게재되었습니다. 자연 (“픽셀화된 색상 변환을 통한 X선-가시광선 검출”).

페로브스카이트 나노결정으로 가능

새로운 명시야 센서의 핵심은 무기물이다 페로브스카이트 나노결정 – 우수한 광전자 특성을 지닌 화합물입니다. 제어 가능한 나노구조로 인해 페로브스카이트 나노결정은 X선부터 가시광선까지의 여기 스펙트럼을 갖는 효율적인 발광체입니다. 페로브스카이트 나노결정과 광선 사이의 상호작용은 화학적 특성을 주의 깊게 변경하거나 소량의 불순물 원자를 도입함으로써 조정할 수도 있습니다. NUS 연구원들은 페로브스카이트 결정을 투명한 박막 기판에 패턴화하고 이를 컬러 전하 결합 소자(CCD)에 통합했습니다. 이 소자는 들어오는 광 신호를 컬러 코딩된 출력으로 변환합니다. 이 수정 변환기 시스템은 명시야 센서의 기본 기능 단위로 구성됩니다. 입사광이 센서에 닿으면 나노결정이 여기됩니다. 결과적으로, 페로브스카이트 단위는 들어오는 광선이 닿는 각도에 따라 다양한 색상으로 자체 빛을 방출합니다. CCD는 방출된 색상을 캡처하여 3D 이미지 재구성에 사용할 수 있습니다. "그러나 단일 각도 값은 3차원 공간에서 물체의 절대 위치를 결정하는 데 충분하지 않습니다."라고 NUS 화학과 연구원이자 논문의 첫 번째 저자인 Yi Luying 박사가 공유했습니다. "우리는 첫 번째 감지기에 수직으로 또 다른 기본 수정 변환기 장치를 추가하고 이를 설계된 광학 시스템과 결합하면 문제의 물체에 대해 훨씬 더 많은 공간 정보를 제공할 수 있다는 사실을 발견했습니다." 그런 다음 그들은 개념 증명 실험에서 라이트 필드 센서를 테스트했으며 그들의 접근 방식이 실제로 1.5m 떨어진 물체의 깊이와 치수를 정확하게 재구성하여 XNUMXD 이미지를 캡처할 수 있음을 발견했습니다. 그들의 실험은 또한 아주 미세한 세부사항까지 분해할 수 있는 새로운 명시야 센서의 능력을 보여주었습니다. 예를 들어, 개별 키의 얕은 돌출부까지 포착하는 정밀한 컴퓨터 키보드 이미지가 생성되었습니다. 3D 라이트 필드 센서의 설계(왼쪽)와 출력(오른쪽)을 보여주는 그림 3D 라이트 필드 센서의 설계(왼쪽)와 출력(오른쪽)을 보여주는 그림. 설계된 장치(왼쪽)는 라이트 필드를 컬러 출력으로 인코딩합니다. 패턴화된 페로브스카이트 나노결정 어레이는 다양한 방향의 빛을 다양한 색상으로 변환하며, 이는 컬러 전하 결합 장치 카메라로 감지할 수 있습니다. 오른쪽 이미지는 카메라에서 생성된 머라이언 모델의 재구성된 3D 깊이 이미지를 보여줍니다. (이미지 : 이 루잉)

미래 연구

Liu 교수와 그의 팀은 고급 색상 감지기를 사용하는 등 명시야 센서의 공간 정확도와 해상도를 향상시키는 방법을 조사하고 있습니다. 연구팀은 해당 기술에 대한 국제특허도 신청했다. “우리는 또한 페로브스카이트 결정을 투명 기판에 더 조밀하게 패턴화하여 더 나은 공간 분해능을 얻을 수 있는 고급 기술을 탐구할 것입니다. 페로브스카이트 이외의 재료를 사용하면 명시야 센서의 감지 스펙트럼을 확장할 수도 있습니다.”라고 Liu 교수는 말했습니다.

타임 스탬프 :

더보기 나노 워크