Sensor de imagem com computação embutida dispensa o processador

Redação do Site Inovação Tecnológica - 06/09/2022

O CCD com processamento simplifica o tratamento de imagens para veículos sem motorista e visão de máquina.
[Imagem: Donhee Ham Research Group/Harvard SEAS]

Processamento no sensor

Com o advento dos carros sem motorista, câmeras mais rápidas permitirão que o piloto automático tenha um tempo de reação menor, o que pode salvar vidas.

Isto porque o tempo que o sistema leva para capturar uma imagem e entregar os dados ao processador pode significar a diferença entre evitar um obstáculo ou sofrer um acidente grave.

Pensando nisso, Houk Jang e colegas da Universidade de Harvard, nos EUA, criaram um sensor de imagem que já possui embutida a capacidade de processamento, economizando todo o tempo que gastaria para transmitir a imagem capturada para o processador.

Já foram feitas várias demonstrações de processamento de imagens embutida nos sensores, mas nenhuma que se baseasse em materiais que possam ser prontamente levados para fabricação industrial.

O protótipo criado por Jang é o primeiro a se basear inteiramente na tecnologia CMOS, padrão da indústria eletrônica.

"Ao substituir os píxeis não programáveis padrão em sensores [CCD] de imagem de silício comerciais pelos programáveis desenvolvidos aqui, os dispositivos de imagem podem cortar fora dados desnecessários de maneira inteligente, tornando-os mais eficientes em energia e largura de banda para atender às demandas da próxima geração de aplicações sensoriais," disse o pesquisador.

Esquema e micrografia dos píxeis inteligentes.
[Imagem: Houk Jang et al. - 10.1038/s41928-022-00819-6]

Fotodiodos que computam

O novo CCD com processamento é uma matriz de fotodiodos de silício.

Os CCDs disponíveis comercialmente também possuem uma matriz de fotodiodos de silício para capturar imagens, mas os componentes fabricados pela equipe são dopados eletrostaticamente, o que significa que a sensibilidade à luz de cada píxel individual pode ser ajustada controlando a tensão elétrica aplicada a cada um.

Uma matriz que conecta vários fotodiodos ajustáveis por voltagem pode executar uma versão analógica de operações de multiplicação e adição, centrais para o processamento de imagem, extraindo as informações visuais relevantes assim que a imagem é capturada.

A matriz pode ser programada em diferentes filtros de imagem para remover detalhes ou ruídos. Por exemplo, um sistema de imagem em um veículo autônomo pode exigir um filtro passa-alta para rastrear as marcações da pista, enquanto outras aplicações podem exigir um filtro que crie um efeito de eneovamento para reduzir o ruído.

"Esses fotodiodos dinâmicos podem filtrar simultaneamente as imagens à medida que são capturadas, permitindo que o primeiro estágio do processamento da visão seja movido do microprocessador para o próprio sensor," disse Jang.

Agora a equipe pretende aumentar a densidade dos fotodiodos e usá-los para construir circuitos integrados de silício.

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