Veel mensen zijn bekend met gezichtsherkenningssystemen die smartphones en spelsystemen ontgrendelen of online toegang geven tot onze bankrekeningen. Maar de huidige technologie kan hoekige projectoren en lenzen vereisen. Nu rapporteren onderzoekers in Nano Letters een slanker 3D-oppervlaktebeeldvormingssysteem met vlakkere, vereenvoudigde optica. Bij proof-of-concept-demonstraties herkende het nieuwe systeem het gezicht van Michelangelo's David net zo goed als een bestaand smartphonesysteem.

3D-oppervlaktebeeldvorming is een veelgebruikt hulpmiddel dat wordt gebruikt bij gezichtsherkenning van smartphones, maar ook bij computervisie en autonoom rijden. Deze systemen bestaan ​​doorgaans uit een puntprojector die meerdere componenten bevat:een laser, lenzen, een lichtgeleider en een diffractief optisch element (DOE).

De DOE is een speciaal soort lens die de laserstraal opsplitst in een reeks van ongeveer 32.000 infraroodpunten. Dus wanneer een persoon naar een vergrendeld scherm kijkt, projecteert het gezichtsherkenningssysteem een ​​reeks stippen op het grootste deel van zijn gezicht, en de camera van het apparaat leest het patroon dat is gemaakt om de identiteit te bevestigen. Dotprojectorsystemen zijn echter relatief groot voor kleine apparaten zoals smartphones. Daarom wilden Yu-Heng Hong, Hao-Chung Kuo, Yao-Wei Huang en collega's een compacter gezichtsherkenningssysteem ontwikkelen dat bijna plat zou zijn en minder energie nodig had om te werken.

Om dit te doen, hebben de onderzoekers een traditionele puntprojector vervangen door een laser met laag vermogen en een vlak galliumarsenide-oppervlak, waardoor de grootte en het energieverbruik van het beeldapparaat aanzienlijk zijn verminderd. Ze hebben de bovenkant van dit dunne metalen oppervlak geëtst met een nanopilaarpatroon, waardoor een metasurface ontstaat dat licht verstrooit als het door het materiaal gaat.

In dit prototype wordt het laserlicht met laag vermogen verstrooid in 45.700 infraroodpunten die worden geprojecteerd op een object of gezicht dat zich vóór de lichtbron bevindt. Net als het puntprojectorsysteem bevat het nieuwe systeem een ​​camera om de patronen te lezen die de infraroodpunten creëerden.

Bij tests van het prototype identificeerde het systeem nauwkeurig een 3D-replica van Michelangelo's David door de infraroodpuntpatronen te vergelijken met onlinefoto's van het beroemde standbeeld. Dit werd met name bereikt met vijf tot tien keer minder stroom en op een platform met een oppervlak dat ongeveer 230 keer kleiner is dan een gewoon puntprojectorsysteem. De onderzoekers zeggen dat hun prototype het nut aantoont van metasurfaces voor effectieve kleinschalige, energiezuinige beeldoplossingen voor gezichtsherkenning, robotica en uitgebreide realiteit.

Meer informatie: Wen-Cheng Hsu et al, Metasurface- en PCSEL-gebaseerd gestructureerd licht voor monoculaire dieptewaarneming en gezichtsherkenning, Nano Letters (2024). DOI:10.1021/acs.nanolett.3c05002

Journaalinformatie: Nanobrieven

Aangeboden door American Chemical Society