Ново поколение интелигентни пиксели може да промени правилата в машинното зрение

30.06.2026   |   Начало»Технологии

Редактор
Пепа Петрунова

Редактор
Пепа Петрунова

Изследователи от Швейцарския федерален технологичен институт в Цюрих (ETH Zurich) създадоха нов тип пиксели, които могат не само да създават изображения, но и да ги анализират. В бъдеще това би могло да позволи разработването на устройства, които функционират едновременно като камера и дисплей. Иновацията разкрива множество възможности за технологичното развитие на машинното зрение, например в сферата на индустриалната визуална инспекция.

Но нека се върнем малко по назад – до пиксела. Той е най-малкият елемент, от който са изградени цифровите изображения. Терминът "pixel" всъщност представлява съкращение на фразата "picture element", въведена в практиката преди близо век – в статия на американския технологичен журнал Wireless World от 1927 г.

В наши дни пикселите са навсякъде – на компютърните монитори и телевизорите, както и в камерите на смартфоните ни. В продължение на десетилетия пикселът имаше само една функция – или да формира изображението на екран, или да улавя светлината в камера. Така той или контролира светлината (в дисплеите), или я анализира (в сензорите на камерите). Но никога досега един пиксел не правеше и двете.

Първите "двупосочни" пиксели

Екипът на ETH Zurich за първи път представя пиксели от ново поколение, които нарича "двупосочни". Те са базирани на фундаментален физичен ефект, известен като интерференция на светлинните вълни. Когато светлината се разсейва от дадена повърхност, вълните, идващи от различни точки на повърхността, се наслагват една върху друга. "Формата на повърхността определя фазите на трептене, с които вълните продължават да се разпространяват. Ако фазите съвпадат, светлинните вълни се усилват взаимно, но ако са противоположни, те се гасят", поясняват изследователите.

Те използват този ефект за прецизно управление на светлината чрез скулптурирани повърхности с вълнообразна форма. Методът за обработка, който постига прецизност от порядъка на няколко нанометра, е разработен от екипа още преди няколко години. Пикселът (или зоната на чипа, където се случва обработката) първо преобразува входящата светлина във вълна, която се разпространява по повърхността на чипа.

В друга част на пиксела повърхностната вълна се превръща обратно в светлинна вълна. А чрез интерференцията на вълните могат да се формират модели и изображения. С помощта на математически анализ (на принципа на Фурие) изследователите могат да изчислят как биха изглеждали тези изображения, както и какъв модел на повърхността е необходим за генерирането на специфично изображение.

Управление на фазата и поляризацията

В допълнение към интензитета на светлината или светлите и тъмните зони, от които са изградени изображенията, новосъздадените "пиксели на Фурие" могат да управляват и други свойства на светлинните вълни, например поляризацията. Тя определя посоката, в която трепти електрическото поле на светлината. За да генерират светлина с произволна посока, учените използват повърхностни вълни с различна поляризация, които се наслагват една върху друга в пиксела. А поляризацията на разсеяната светлина зависи от формата на повърхността самия пиксел.

Изследователите могат прецизно да контролират и фазата на трептене, като по този начин са способни да създават светлинни лъчи с празнина в средата (чийто профил наподобява поничка). Методът позволява работа с различни дължини на вълната, което създава възможност за генериране и на цветни изображения. А принципът може да бъде приложен и в обратна посока – за анализ на светлината чрез заснемане на модела с камера и изчисляване на нейната фаза и състояние на поляризация.

Един пиксел с множество функции

Благодарение на това, че съответните повърхностни профили на пикселите могат да бъдат определяни чрез анализ на Фурие, който е относително прост и не изисква комплексни модели, учените могат да комбинират управление и анализ в един единствен пиксел, в който директно се извършват необходимите математическите изчисления.

Какво означава това на практика? Интелигентните пиксели могат да реагират на заснето изображение без нужда информацията да минава през компютър или процесор и дори да генерират съответните светлинни модели. Екипът от ETH Zurich цели на първо време да разшири метода, за да създаде матрица, съставена от пиксели на Фурие. Тя може да бъде използвана като база за разработването на мултифункционални устройства, които едновременно функционират като камери и дисплеи.

Въз основа на изследването вече е подадена патентна заявка, а иновацията е номинирана за престижната награда Spark Award 2026 – отличието на ETH Zurich за най-перспективните научни изобретения и технологии, създадени в университета и носещи най-сериозен потенциал за комерсиализиране и индустриално внедряване.

Ключови думи: ETH Zurich   пиксели   интелигентни пиксели   двупосочни пиксели   камери   дисплеи   машинно зрение  

Област: Автоматизация