Заводы теряют миллионы на незаметных дефектах — и только новый электронный глаз научился находить их в темноте

Машинное зрение уже стало ключевой технологией для промышленности и производства: оно помогает находить дефекты на конвейере, контролировать качество деталей, проверять маркировку и сроки годности, а также сортировать продукцию. За последние десятилетия алгоритмы обработки изображений и видео сделали огромный рывок вперед, однако слабым звеном оставались сенсоры — именно они ограничивали возможности систем.

Ограничения существующих сенсоров

Сегодняшние устройства делятся на два типа. Кадровые сенсоры делают снимки через фиксированные промежутки времени, а событийные реагируют на изменения яркости отдельных пикселей. Но ни те, ни другие не могут сравниться с сетчаткой глаза, которая адаптируется к освещению и быстро обрабатывает динамичные сцены.

"Современные сенсоры машинного зрения, включая кадровые и событийные типы, часто оказываются несостоятельными из-за их ограниченной временной динамики по сравнению с человеческой сетчаткой", — отмечают авторы исследования в журнале Nature Nanotechnology.

Новый подход китайских ученых

Команда исследователей представила сенсорный элемент, который воспроизводит слоистую структуру человеческой сетчатки. Разработка получила название событийный ретиноморфный фотодиод (RPD).

В его состав входят:
• органический донорно-акцепторный гетеропереход, преобразующий свет в электричество (аналог палочек в сетчатке);
• ионный резервуар с пористой структурой, способный хранить и изменять состояние (подобие нейронов сетчатки);
• переход Шоттки, обеспечивающий передачу сигнала в одном направлении (аналог зрительного нерва).

"Каждый компонент воспроизводит ключевой процесс сетчатки, и их спонтанное взаимодействие приводит к адаптивной к окружающей среде динамике", — пояснили разработчики.

Прорывные результаты испытаний

В первых тестах RPD показал впечатляющие характеристики, превзойдя ранее разработанные фотодиоды для машинного зрения.

"Такая конструкция обеспечивает динамический диапазон, превышающий 200 дБ, существенно снижает шумы и избыточность данных и позволяет осуществлять высокоплотную интеграцию. Мы демонстрируем, что эти улучшения обеспечивают высококачественное машинное зрение даже в экстремальных условиях освещения", — говорится в статье.

Перспективы применения

Если технология будет доработана, ее можно будет внедрять в системы контроля качества на заводах, в автомобильной промышленности, при производстве электроники и продуктов питания. Новый тип фотодиодов способен совершить настоящий прорыв, сделав машинное зрение ближе к возможностям человеческого глаза и открыв путь к более надежной автоматизации.