De ogen van de bidsprinkhaankreeft, een kreeftachtige die al zo’n 400 miljoen jaar in het water rondloopt, inspireerden Amerikaanse ingenieurs bij het ontwerp van een beeldchip die veel beter in staat is voorwerpen te onderscheiden dan de beeldsensor die nu meestal wordt gebruikt.
De ogen van de bidsprinkhaankreeft (Mantis Shrimp) zijn al lang een geliefd object voor biologen en optici. De kreeftachtige gebruikt ze om zijn prooien goed te kunnen zien, en al snel bleek uit onderzoek dat ze veel complexer zijn samengesteld dan bijvoorbeeld het mensenoog. Ze kunnen namelijk de polarisatie van het licht onderscheiden, zien een veel breder lichtspectrum én zijn gevoelig voor tegelijk zwak als fel licht; ze hebben een hoge dynamisch bereik.
Alles om de prooi beter te zien
Polarisatie filtert onder andere reflectieschitteringen weg en geeft kleur een grotere diepte, zoals iedereen zelf kan ondervinden wanneer die een zonnebril met polarisatieglas opzet. Een breder lichtspectrum betekent dat het kreeftoog ook gevoelig is voor bijvoorbeeld infrarood, de warmtestraling van een mogelijke prooi. En het tegelijk kunnen zien van zwak en fel licht betekent dat op een door de zon verlichte zeebodem toch de prooi in de schaduw van een rots is te zien.
Ingenieurs van een drietal Amerikaanse universiteiten hebben nu een beeldchip gemaakt die twee van die eigenschappen nabootst: het onderscheiden van polarisatie en een hoge dynamische range, aldus een bericht op de website van The Optical Society.
Beeldchip bootst na
De chip is opgebouwd uit verschillende lichtreceptoren die zijn voorzien van polarisatiefilters die in verschillende richtingen staan. Daarmee is het onder meer mogelijk oppervlakken te onderscheiden die onder een verschillende hoek het licht reflecteren. Het hoge dynamische bereik, een factor zeshonderd beter dan van de gebruikelijke beeldsensoren, wordt bereikt doordat de pixels van de chip niet lineair op de lichtsterkte reageren, maar logaritmisch. Bij geringe lichtsterkte is de chip net zo gevoelig als de lineaire, maar bij een grote lichtintensiteit leidt tien keer meer licht tot hooguit een twee keer zo sterk elektrisch signaal. Binnen de bandbreedte van de signaalversterker past zo een veel groter bereik aan lichtintensiteiten zodat er veel meer te zien valt.
Zelfrijdende auto
Uiteindelijk werd een beeldchip met 348 x 288 pixels gemaakt, waarmee verschillende tests werden uitgevoerd. Bij de bewerking van het signaal met software is ook nog eens mogelijk het beeld zo aan te passen dat de afgebeelde voorwerpen zo duidelijk mogelijk zichtbaar zijn.
Volgens de ingenieurs kan de nieuwe beeldchip prima dienst doen in camera’s van auto’s. Vooral in omstandigheden met mist, of heel harde zwart-wit-contrasten, is de nieuwe beeldchip veel beter in staat om voorwerpen te onderscheiden dan de gewone beeldsensor. De kosten zijn daarbij niet het probleem: de chip hoeft gezien zijn beperkte afmetingen en standaard fabricagemethode niet duurder te zijn dan zo’n 10 dollar (9 euro).
Openingsfoto: de Mantis Shrimp. Foto FrenkieAndreas/Depositphotos
Nieuwsbrief
Vond je dit een interessant artikel, abonneer je dan gratis op onze wekelijkse nieuwsbrief.