WC Hsu et al., Nano Letters, 2024
Gezichtsherkenning is een veelgebruikte feature voor het ontgrendelen van onder meer smartphones en gamesystemen. Maar de technologie is momenteel afhankelijk van omvangrijke projectoren en lenzen, wat de bredere toepassing ervan belemmert. Wetenschappers hebben nu een nieuw gezichtsherkenningssysteem ontwikkeld dat gebruik maakt van vlakkere, eenvoudigere optica die ook minder stroom vereist, blijkt uit recent werk gepubliceerd in het tijdschrift Nano Letters. Het team testte hun prototypesysteem met een 3D-replica van Michelangelo’s beroemde David-sculptuur en ontdekte dat het zowel een gezicht als de gezichtsherkenning van een bestaande smartphone herkende.
De huidige commerciële 3D-beeldvormingssystemen in smartphones (zoals de iPhone van Apple) extraheren diepte-informatie via gestructureerd licht. De puntprojector gebruikt een laser om een pseudo-willekeurig patroon van stralen te projecteren op het gezicht van een persoon die naar een vergrendeld scherm kijkt. Dit gebeurt dankzij verschillende andere ingebouwde componenten: een collimator, een lichtgeleider en speciale lenzen (bekend als diffractieve optische elementen of DOE’s) die de laserstraal opsplitsen in een reeks van zo’n 32.000 infraroodvlekken. De camera kan vervolgens dat geprojecteerde straalpatroon interpreteren om de identiteit van de persoon te bevestigen.
Het verpakken van al die optische componenten zoals lasers maakt commerciële puntprojectoren behoorlijk omvangrijk, waardoor het moeilijker kan zijn om sommige toepassingen zoals robotica en augmented reality te integreren, evenals de gezichtsherkenningstechnologie van de volgende generatie. Ze verbruiken ook aanzienlijk veel energie. Dus Wen-Chen Hsu, van de Nationale Yang Ming Chiao Tung Universiteit en het Hon Hai Research Institute in Taiwan, en collega’s wendden zich voor een mogelijke oplossing tot ultradunne optische componenten, bekend als metasurfaces. Deze metasurfaces kunnen omvangrijkere lichtmodulatiecomponenten vervangen en zijn populair gebleken voor dieptesensoren, endoscopen en tomografie. en augmented reality-systemen, naast andere opkomende toepassingen.
WC Hsu et al., Nanoletters, 2024
Hsu et al. bouwden hun eigen dieptegevoelige gezichtsherkenningssysteem dat een metasurface-hologram bevat in plaats van een diffractief optisch element. Ze vervingen de standaard oppervlakte-emitterende laser met verticale holte (VCSEL) door een fotonische kristal oppervlakte-emitterende laser (PCSEL). (De structuur van fotonische kristallen is het mechanisme achter de heldere iriserende kleuren in vlindervleugels of keverschalen.) PCSEL’s kunnen hun eigen sterk gecollimeerde lichtbundel genereren, dus er was geen behoefte aan de omvangrijke lichtgeleider of collimerende lenzen die nodig zijn voor op VCSEL gebaseerde puntprojectorsystemen.
Het team testte hun nieuwe systeem op een replica van de buste van David, en het werkte net zo goed als de bestaande gezichtsherkenning van smartphones, gebaseerd op het matchen van infraroodpuntpatronen met onlinefoto’s van het standbeeld. Ze ontdekten dat hun systeem bijna anderhalf keer meer infraroodpunten genereerde (ongeveer 45.700) dan standaard commerciële technologie met een apparaat dat qua oppervlak 233 keer kleiner is dan een standaard puntprojector. “Het is een compact en kosteneffectief systeem dat in een enkele chip kan worden geïntegreerd met behulp van het flip-chip PCSEL-proces”, schreven de auteurs. Bovendien maakt Metasurface het genereren van aanpasbare en veelzijdige lichtpatronen mogelijk, waardoor de toepasbaarheid van het systeem wordt uitgebreid. Het is bovendien energiezuiniger.
Nano Letters, 2024. DOI: 10.1021/acs.nanolett.3c05002 (Over DOI).
Lijstafbeelding door WC Hsu et al., Nano Letters, 2024