W. C. Hsu et al., Nano Letters, 2024
Die Gesichtserkennung ist unter anderem eine beliebte Funktion zum Entsperren von Smartphones und Gaming-Systemen. Allerdings ist die Technologie derzeit auf sperrige Projektoren und Objektive angewiesen, was einer breiteren Anwendung entgegensteht. Wissenschaftler haben nun ein neues Gesichtserkennungssystem entwickelt, das eine einfachere, einfachere Optik nutzt und zudem weniger Strom benötigt, heißt es Aktuelles Papier Veröffentlicht in der Zeitschrift Nano Letters. Das Team testete sein Prototypsystem anhand einer 3D-Nachbildung von Michelangelos berühmtem David und stellte fest, dass es ein Gesicht genauso gut erkannte wie die Gesichtserkennung eines Smartphones.
Aktuelle kommerzielle 3D-Bildgebungssysteme in Smartphones (wie dem iPhone von Apple) extrahieren Tiefeninformationen über strukturiertes Licht. Ein Rasterprojektor projiziert mithilfe eines Lasers ein pseudozufälliges Strahlmuster auf das Gesicht einer Person, die auf einen gesperrten Bildschirm blickt. Dies geschieht dank mehrerer anderer eingebauter Komponenten: eines Kollimators, eines Lichtleiters und spezieller Linsen (bekannt als torische optische Elemente oder DOEs), die den Laserstrahl in eine Reihe von etwa 32.000 Infrarotpunkten aufteilen. Die Kamera kann dann das projizierte Strahlmuster interpretieren, um die Identität der Person zu bestätigen.
Die Unterbringung all dieser optischen Komponenten wie Laser macht kommerzielle Rasterdisplays ziemlich sperrig, sodass es schwierig sein kann, sie in einige Anwendungen wie Robotik und Augmented Reality sowie Gesichtserkennungstechnologie der nächsten Generation zu integrieren. Es verbraucht auch viel Energie. Daher wandten sich Wen-Chen Hsu von der National Yangming Chiao Tung University und dem Hon Hai Research Institute in Taiwan und seine Kollegen ultradünnen optischen Komponenten, sogenannten Metaoberflächen, als mögliche Lösung zu. Diese Metaoberflächen können größere lichtmodulierende Komponenten ersetzen und haben sich in Tiefensensoren, Endoskopen und Tomographien als beliebt erwiesen. und Augmented-Reality-Systeme sowie andere neue Anwendungen.
W. C. Hsu et al., Nanoletters, 2024
Hsu et al. Sie bauten ihr eigenes tiefenempfindliches Gesichtserkennungssystem, das anstelle eines diffraktiven optischen Elements ein 3D-Bild der oberen Oberfläche enthält. Sie ersetzten den standardmäßigen oberflächenemittierenden Laser mit vertikalem Hohlraum (VCSEL) durch den oberflächenemittierenden Photonenkristalllaser (PCSEL). (Die Struktur photonischer Kristalle ist der Mechanismus hinter den leuchtend schillernden Farben in Schmetterlingsflügeln oder Käferpanzern.) PCSEL konnte seinen eigenen Lichtstrahl erzeugen, sodass keine sperrigen Lichtleiter oder Kollimationslinsen erforderlich waren, die bei der VCSEL-basierten Punktanzeige erforderlich sind Systeme.
Das Team testete sein neues System an einer Nachbildung einer Davidbüste und es funktionierte zusammen mit der Gesichtserkennung des Smartphones, basierend auf dem Vergleich von Infrarot-Punktmustern mit online gefundenen Bildern der Statue. Sie fanden heraus, dass ihr System etwa anderthalbmal so viele Infrarotpunkte (etwa 45.700) wie herkömmliche kommerzielle Technologie erzeugt, und zwar mit einem Gerät, dessen Oberfläche 233-mal kleiner ist als ein Standard-Punktmatrixdisplay. „Es handelt sich um ein kompaktes und kostengünstiges System, das mithilfe des PCSEL-Flip-Chip-Prozesses in einen einzigen Chip integriert werden kann“, schreiben die Autoren. Darüber hinaus „ermöglicht die Metaoberfläche die Erzeugung anpassbarer und vielseitiger Lichtmuster und erhöht so die Anwendbarkeit des Systems.“ Darüber hinaus ist es energieeffizienter.
Nano Letters, 2024. DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c05002 (Über digitale IDs).
Listingbild von W. C. Hsu et al., Nano Letters, 2024
