Ultrafast machine vision with 2D material neural network image sensors

人工智能 预处理器 人工神经网络 计算机视觉 帧速率 计算机科学 图像(数学) 机器视觉 编码 光电二极管 图像传感器 图像处理 神经形态工程学 模式识别(心理学) 化学 物理 基因 量子力学 生物化学
作者
Lukas Mennel,Joanna Symonowicz,Stefan Wachter,Dmitry K. Polyushkin,Aday J. Molina‐Mendoza,Thomas Mueller
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:579 (7797): 62-66 被引量:1083
标识
DOI:10.1038/s41586-020-2038-x
摘要

Machine vision technology has taken huge leaps in recent years, and is now becoming an integral part of various intelligent systems, including autonomous vehicles and robotics. Usually, visual information is captured by a frame-based camera, converted into a digital format and processed afterwards using a machine-learning algorithm such as an artificial neural network (ANN)1. The large amount of (mostly redundant) data passed through the entire signal chain, however, results in low frame rates and high power consumption. Various visual data preprocessing techniques have thus been developed2-7 to increase the efficiency of the subsequent signal processing in an ANN. Here we demonstrate that an image sensor can itself constitute an ANN that can simultaneously sense and process optical images without latency. Our device is based on a reconfigurable two-dimensional (2D) semiconductor8,9 photodiode10-12 array, and the synaptic weights of the network are stored in a continuously tunable photoresponsivity matrix. We demonstrate both supervised and unsupervised learning and train the sensor to classify and encode images that are optically projected onto the chip with a throughput of 20 million bins per second.
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