Onderzoekers hebben het gebruik van gestapelde, transparante grafeen-fotodetectoren gecombineerd met beeldverwerkingsalgoritmen om 3D-beelden en bereikdetectie te produceren.

Onderzoekers van de Universiteit van Michigan hebben de levensvatbaarheid bewezen van een 3D-camera die driedimensionale beeldvorming van hoge kwaliteit kan bieden en tegelijkertijd kan bepalen hoe ver objecten van de lens verwijderd zijn. Deze informatie is van cruciaal belang voor 3D biologische beeldvorming, robotica, en autonoom rijden.

In plaats van ondoorzichtige fotodetectoren te gebruiken die traditioneel in camera's worden gebruikt, de voorgestelde camera maakt gebruik van een stapel transparante fotodetectoren gemaakt van grafeen om tegelijkertijd objecten vast te leggen en erop scherp te stellen die zich op verschillende afstanden van de cameralens bevinden.

Het systeem werkt vanwege de unieke eigenschappen van grafeen, die slechts één atoomlaag dik is en slechts ongeveer 2,3% van het licht absorbeert. Een paar grafeenlagen kan worden gebruikt om een ​​fotodetector te construeren die licht efficiënt kan detecteren, ook al wordt minder dan 5% van het licht geabsorbeerd. Bij plaatsing op een transparante ondergrond, in plaats van bijvoorbeeld een siliciumchip de detectoren kunnen worden gestapeld, met elk in een ander brandpuntsvlak.

Zoals beschreven door Prof. Ted Norris:

"Als je een camera hebt, je moet een scherpstellingsaanpassing op je lens hebben, zodat wanneer je scherpstelt op een bepaald object, zoals het gezicht van een persoon, de lichtstralen die van het gezicht van die persoon komen, zijn gericht op dat ene vlak op je detectorchip. Items voor of achter het object zijn onscherp.

Maar als het mogelijk zou zijn om verschillende detectorarrays elk in verschillende brandvlakken te stapelen, dan konden ze elk beeld tegelijkertijd nauwkeurig op een andere plaats in de objectruimte plaatsen. Bovendien, als u meerdere brandpuntsvlakken van gegevens allemaal tegelijkertijd kunt detecteren, je kunt algoritmen gebruiken om het object in drie dimensies te reconstrueren. Dat heet een lichtveldbeeld.

We hebben laten zien hoe je transparante focale stapels kunt gebruiken om lichtveldbeelden en beeldreconstructie te maken."

Naast elementaire objectidentificatie, het huidige artikel laat zien hoe hun apparaat kan detecteren hoe ver iets is, waardoor het geschikt is voor toepassingen in autonoom rijden en robotica. Het is ook ideaal voor biologische beeldvorming in gevallen waar het belangrijk is om driedimensionaal volume af te beelden.

Voor het uiteindelijke succes, het project vereiste complementaire expertise op drie gebieden. Het team van prof. Zhaohui Zhong ontwikkelde de grafeenapparaten; De groep van Norris werkte aan de ontwerpkenmerken van het optische instrument en demonstreerde de apparaten in het laboratorium; en de groep van prof. Jeff Fessler, die het algoritme voor beeldreconstructie ontwikkelde.

Fessler herhaalde de andere faculteit door de groep van negen onderzoekers te noemen, bestaande uit faculteit, postdocs en studenten "smolten samen als een geweldig team, ze leren allemaal van elkaar en dragen bij aan verschillende aspecten van het eindwerk."

Inspiratie voor de camera kwam van eerder onderzoek van Zhong en Norris naar zeer gevoelige grafeenfotodetectoren, gepubliceerd in Natuur Nanotechnologie in 2014.

De huidige transparante grafeensensoren die tot nu toe zijn gefabriceerd, hebben een te lage resolutie om afbeeldingen weer te geven, maar de eerste experimenten toonden aan dat de lens licht van een andere afstand op elk van de twee sensoren focuste.

Er wordt verder gewerkt aan het project.

De krant, "Ranging and Light Field Imaging met transparante fotodetectoren, " door Miao-Bin Lien, Che Hung Liu, Il Yong Chun, Saiprasad Ravishankar, Hung Nien, Minmin Zhou, Jeffrey A. Fessler, Zhaohui Zhong, en Theodore B. Norris, werd gepubliceerd in Natuurfotonica .