A research team led by Shree K. Nayar, T.C. Chang Professor of Computer Science at Columbia Engineering, has invented a prototype video camera that is the first to be fully self-powered -- it can produce an image each second, indefinitely, of a well-lit indoor scene. They designed a pixel that can not only measure incident light but also convert the incident light into electric power. The team is presenting its work at the International Conference on Computational Photography at Rice University in Houston, April 24 to 26.
"We are in the middle of a digital imaging revolution," says Nayar, who directs the Computer Vision Laboratory at Columbia Engineering. He notes that in the last year alone, approximately two billion cameras of various types were sold worldwide. "I think we have just seen the tip of the iceberg. Digital imaging is expected to enable many emerging fields including wearable devices, sensor networks, smart environments, personalized medicine, and the Internet of Things. A camera that can function as an tethered device forever -- without any external power supply -- would be incredibly useful."
A leading researcher in computational imaging, Nayar realized that although digital cameras and solar panels have different purposes -- one measures light while the other converts light to power -- both are constructed from essentially the same components. At the heart of any digital camera is an image sensor, a chip with millions of pixels. The key enabling device in a pixel is the photodiode, which produces an electric current when exposed to light. This mechanism enables each pixel to measure the intensity of light falling on it. The same photodiode is also used in solar panels to convert incident light to electric power. The photodiode in a camera pixel is used in the photoconductive mode, while in a solar cell it is used in the photovoltaic model.
Nayar, working with research engineer Daniel Sims BS'14 and consultant Mikhail Fridberg of ADSP Consulting, used off-the-shelf components to fabricate an image sensor with 30x40 pixels. In his prototype camera, which is housed in a 3D printed body, each pixel's photodiode is always operated in the photovoltaic mode.
The pixel design is very simple, and uses just two transistors. During each image capture cycle, the pixels are used first to record and read out the image and then to harvest energy and charge the sensor's power supply -- the image sensor continuously toggles between image capture and power harvesting modes. When the camera is not used to capture images, it can be used to generate power for other devices, such as a phone or a watch.
Nayar notes that the image sensor could use a rechargeable battery and charge it via its harvesting capability: "But we took an extreme approach to demonstrate that the sensor is indeed truly self-powered and used just a capacitor to store the harvested energy.
ทีมวิจัยที่นำโดย Shree K . เจริญ , อาจารย์ทีซี ช้างของวิทยาศาสตร์คอมพิวเตอร์ที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบียมีการคิดค้นต้นแบบทางวิศวกรรม , กล้องวิดีโอที่เป็นครั้งแรกที่จะเต็มตนเองขับเคลื่อน -- มันสามารถผลิตภาพในแต่ละวินาที อย่างของแสงสว่างในร่ม ฉาก พวกเขาได้รับการออกแบบพิกเซลที่สามารถไม่เพียง แต่วัดแสงเหตุการณ์ที่เกิดขึ้นแต่ยังแปลงแสงเป็นพลังงานไฟฟ้าทีมงานจะนำเสนอผลงานในการประชุมนานาชาติเกี่ยวกับคอมพิวเตอร์การถ่ายภาพที่มหาวิทยาลัยข้าวในฮูสตัน , เมษายน 24 ถึง 26 .
" เราอยู่ในกลางของการปฏิวัติการถ่ายภาพดิจิตอล , กล่าวว่า " เจริญ ที่นำวิสัยทัศน์คอมพิวเตอร์ห้องปฏิบัติการวิศวกรรมในโคลัมเบีย เขาบันทึกว่า ในปีที่ผ่านมาเพียงอย่างเดียว ประมาณ 2 ล้าน กล้องชนิดต่าง ๆ มีขายทั่วโลก" ผมคิดว่าเราได้เห็นเพียงปลายของภูเขาน้ำแข็ง การถ่ายภาพดิจิตอลคาดว่าจะเปิดใช้งานหลายสาขา เช่น อุปกรณ์เครือข่ายที่เกิดขึ้นใหม่ , เครื่องแต่งตัว , ยาส่วนบุคคลสมาร์ทสิ่งแวดล้อม เซนเซอร์ และอินเทอร์เน็ตของสิ่งต่างๆ เป็นกล้องที่สามารถทำหน้าที่เป็นล่ามอุปกรณ์ตลอดไป -- ไม่มีแหล่งจ่ายไฟภายนอกใด ๆ -- จะเป็นประโยชน์อย่างเหลือเชื่อ
"นักวิจัยชั้นนำในการถ่ายภาพทางการคำนวณ นายาร์ตระหนักว่าแม้ว่ากล้องดิจิตอลและแผงเซลล์แสงอาทิตย์มีวัตถุประสงค์ที่แตกต่างกัน -- หนึ่งวัดแสงในขณะที่อื่น ๆ แปลงไฟเพื่ออำนาจ . . . ทั้งสองจะถูกสร้างขึ้นจากหลักส่วนประกอบเดียวกัน ที่เป็นหัวใจของกล้องดิจิตอลเป็นเซ็นเซอร์ภาพชิป ล้าน พิกเซล กุญแจเปิดใช้งานอุปกรณ์ในพิกเซลเป็นโฟโตไดโอด ,ซึ่งผลิตกระแสไฟฟ้าเมื่อสัมผัสกับแสง กลไกนี้จะช่วยให้แต่ละพิกเซลในการวัดความเข้มของแสงที่ตกบน โฟโตไดเดียวกันนี้ยังใช้ในแผงเซลล์แสงอาทิตย์แปลงแสงเหตุการณ์ไฟฟ้ากำลัง โฟโตไดในกล้องพิกเซลจะใช้ในโหมด photoconductive ในขณะที่เซลล์แสงอาทิตย์จะใช้ในรูปแบบเซลล์แสงอาทิตย์ เจริญ
,ทำงานร่วมกับวิศวกรวิจัยแดเนียลซิมส์ BS '14 และที่ปรึกษาของมิคาอิล fridberg adsp ปรึกษาใช้ปิดการเก็บรักษาส่วนประกอบเพื่อสร้างอิมเมจเซนเซอร์กับ 30x40 พิกเซล ในกล้องต้นแบบของเขา ซึ่งตั้งอยู่ในที่พิมพ์ 3D ร่างกายของพิกเซลแต่ละโฟโตไดโอดมักดำเนินการในโหมดไฟฟ้าโซลาร์เซลล์ .
พิกเซลออกแบบเป็นเรื่องง่ายมากและใช้เพียงสองทรานซิสเตอร์ระหว่างภาพแต่ละภาพตัดต่อวงจร พิกเซลที่ใช้ครั้งแรกเพื่อบันทึกและอ่านภาพแล้วเพื่อการเก็บเกี่ยวพลังงานและค่าใช้จ่ายของเครื่องมือไฟฟ้า - เซ็นเซอร์ภาพต่อเนื่องสลับระหว่างภาพจับภาพและพลังงานเก็บเกี่ยวโหมด เมื่อกล้องจะไม่ใช้ในการจับภาพ มันสามารถใช้ในการสร้างพลังงานสำหรับอุปกรณ์อื่น ๆเช่น โทรศัพท์ หรือ ดู
เจริญบันทึกว่าภาพเซ็นเซอร์สามารถใช้ชาร์จแบตเตอรี่และชาร์จผ่านความสามารถของการเก็บเกี่ยว : " แต่เราใช้วิธีที่รุนแรงแสดงให้เห็นว่าเซนเซอร์แน่นอนแท้จริงตนเองขับเคลื่อนและใช้ตัวเก็บประจุเก็บเกี่ยวพลังงาน
การแปล กรุณารอสักครู่..