Retinomorphic sensor
রেটিনোমর্ফিক সেন্সর হল এক ধরনের ইভেন্ট-চালিত অপটিক্যাল সেন্সর যা আলোর তীব্রতার পরিবর্তে আলোর তীব্রতার পরিবর্তনের প্রতিক্রিয়ায় একটি সংকেত তৈরি করে। এটি চার্জ কাপল্ড ডিভাইস (সিসিডি) বা পরিপূরক ধাতব অক্সাইড অর্ধপরিবাহী (সিএমওএস) ভিত্তিক সেন্সরগুলির মতো প্রচলিত অপটিক্যাল সেন্সরগুলির বিপরীতে, যা একটি সংকেত আউটপুট করে যা আলোর তীব্রতা বৃদ্ধির সাথে সাথে বৃদ্ধি পায়। কারণ তারা শুধুমাত্র চলাচলে সাড়া দেয়, রেটিনোমর্ফিক সেন্সরগুলি প্রচলিত চিত্র সেন্সরগুলির তুলনায় চলমান বস্তুর দ্রুত ট্র্যাকিং সক্ষম করবে বলে আশা করা হচ্ছে এবং স্বায়ত্তশাসিত যানবাহন, রোবোটিক্স এবং নিউরোমর্ফিক ইঞ্জিনিয়ারিংয়ে সম্ভাব্য প্রয়োগ রয়েছে। নামকরণ এবং ইতিহাস 1980-এর দশকের শেষের দিকে কার্ভার মিড এবং তাঁর ডক্টরাল শিক্ষার্থী মিশা মাহোয়াল্ড এবং টোবিয়াস ডেলব্রুক প্রথম তথাকথিত কৃত্রিম রেটিনার কথা জানিয়েছিলেন। এই সিলিকন-ভিত্তিক সেন্সরগুলি ডিফারেনশিয়াল পরিবর্ধক, ক্যাপাসিটার এবং প্রতিরোধকগুলির সাথে জড়িত ছোট সার্কিটের উপর ভিত্তি করে তৈরি করা হয়েছিল। আলোকসজ্জার তীব্রতার একটি ধাপ-পরিবর্তনের প্রতিক্রিয়ায় সেন্সরগুলি আউটপুট ভোল্টেজে একটি স্পাইক এবং পরবর্তী ক্ষয় তৈরি করে। এই প্রতিক্রিয়াটি প্রাণীর রেটিনাল কোষের অনুরূপ, যা 1920-এর দশকে স্থির থাকার তুলনায় আলোর তীব্রতা পরিবর্তিত হওয়ার সময় আরও ঘন ঘন গুলি চালাতে দেখা যায়। এই সেন্সরগুলি বর্ণনা করার জন্য সিলিকন রেটিনা নামটি ব্যবহার করা হয়েছে। 1990 সালে লেক্স আকার্স একটি সম্মেলনের গবেষণাপত্রে রেটিনোমর্ফিক শব্দটি প্রথম ব্যবহার করেন। এই শব্দটি স্ট্যানফোর্ড ইঞ্জিনিয়ারিংয়ের অধ্যাপক কাওয়াবেনা বোহেন দ্বারা ব্যাপকভাবে ব্যবহৃত হয়েছে এবং তারপর থেকে এটি ইভেন্ট-চালিত সংবেদন কৌশলগুলির বিস্তৃত পরিসরে প্রয়োগ করা হয়েছে। শব্দটি নিউরোমরফিকের অনুরূপ, যা মস্তিষ্কের তথ্য প্রক্রিয়াকরণের পদ্ধতির প্রতিলিপি তৈরি করার জন্য ডিজাইন করা হার্ডওয়্যার উপাদানগুলিতে (যেমন প্রসেসর) প্রয়োগ করা হয়। অপারেটিং নীতিগুলি বেশ কয়েকটি রেটিনোমর্ফিক সেন্সর ডিজাইন রয়েছে যা অনুরূপ প্রতিক্রিয়া দেয়। প্রথম নকশায় একটি ডিফারেনশিয়াল পরিবর্ধক নিযুক্ত করা হয়েছিল যা একটি প্রচলিত সেন্সর থেকে ইনপুট সংকেতের তুলনা করে (যেমন। একটি ফটোট্রানজিস্টর) আউটপুটের একটি ফিল্টার করা সংস্করণে, যার ফলে ইনপুট স্থির থাকলে ধীরে ধীরে ক্ষয় হয়। 1980-এর দশক থেকে এই সেন্সরগুলি অনেক বেশি জটিল এবং শক্তিশালী বর্তনীতে পরিণত হয়েছে। রেটিনোমর্ফিক সেন্সরের আরও সংক্ষিপ্ত নকশায় কেবল একটি আলোক সংবেদনশীল ক্যাপাসিটর এবং সিরিজে একটি প্রতিরোধক থাকে। এই রেটিনোমর্ফিক সেন্সরগুলির আউটপুট ভোল্টেজকে, প্রতিরোধক জুড়ে পতিত ভোল্টেজ হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। আলোক সংবেদনশীল ক্যাপাসিটরটি এমনভাবে ডিজাইন করা হয়েছে যাতে একটি ক্যাপাসিট্যান্স থাকে যা আপতিত আলোর তীব্রতার একটি ফাংশন। যদি একটি ধ্রুবক ভোল্টেজ, এই আরসি সার্কিট জুড়ে প্রয়োগ করা হয় তবে এটি একটি প্যাসিভ হাই-পাস ফিল্টার হিসাবে কাজ করবে এবং সমস্ত ভোল্টেজ ক্যাপাসিটর জুড়ে ফেলে দেওয়া হবে (অর্থাৎ। )। পর্যাপ্ত সময়ের পরে, ক্যাপাসিটরের প্লেটগুলি প্রতিটি প্লেটে একটি চার্জ দিয়ে সম্পূর্ণরূপে চার্জ করা হবে, যেখানে অন্ধকারে ক্যাপাসিট্যান্স রয়েছে। যেহেতু ধ্রুবক আলোকসজ্জার অধীনে, এটি সরল করা যেতে পারে। যদি ক্যাপাসিটারে আলো প্রয়োগ করা হয় তবে এটি ক্যাপাসিট্যান্সকে একটি নতুন মানে পরিবর্তন করবেঃ প্লেটগুলি যে চার্জ সামঞ্জস্য করতে পারে তা তাই পরিবর্তিত হবে, প্রতিটি প্লেটে চার্জের উদ্বৃত্ত/ঘাটতি রেখে। অতিরিক্ত চার্জটি প্লেটগুলি ছেড়ে যেতে বাধ্য হবে, হয় মাটিতে বা ইনপুট ভোল্টেজ টার্মিনালে প্রবাহিত হবে। চার্জ প্রবাহের হার প্রতিরোধকের প্রতিরোধ এবং ক্যাপাসিটারের ধারণক্ষমতা দ্বারা নির্ধারিত হয়। এই চার্জ প্রবাহ প্রতিরোধকের উপর একটি অ-শূন্য ভোল্টেজ ফেলে দেবে এবং তাই একটি অ-শূন্য। চার্জ প্রবাহিত হওয়া বন্ধ হওয়ার পরে সিস্টেমটি স্থির অবস্থায় ফিরে আসে, সমস্ত ভোল্টেজ আবার ক্যাপাসিটর জুড়ে ফেলে দেওয়া হয়, এবং again.For একটি ক্যাপাসিটর আলোকসজ্জার অধীনে তার ক্যাপাসিট্যান্স পরিবর্তন করতে, প্লেটগুলির মধ্যে ইনসুলেটরটির ডাইলেট্রিক ধ্রুবক বা ক্যাপাসিটরের কার্যকর মাত্রা অবশ্যই আলোকসজ্জার উপর নির্ভরশীল হতে হবে। একটি অন্তরক এবং একটি অর্ধপরিবাহী সমন্বিত প্লেটগুলির মধ্যে একটি দ্বিস্তরীয় উপাদান ব্যবহার করে কার্যকর মাত্রা পরিবর্তন করা যেতে পারে। উপযুক্ত আলোকসজ্জার পরিস্থিতিতে অর্ধপরিবাহী আলোর সংস্পর্শে এলে তার পরিবাহিতা বৃদ্ধি করবে, ক্যাপাসিটরের প্লেটগুলিকে কাছাকাছি নিয়ে যাওয়ার প্রক্রিয়াটি অনুকরণ করবে এবং তাই ক্যাপাসিট্যান্স বৃদ্ধি করবে। এটি সম্ভব হওয়ার জন্য, সেমিকন্ডাক্টরের অবশ্যই অন্ধকারে কম বৈদ্যুতিক পরিবাহিতা থাকতে হবে এবং আলোকসজ্জার অধীনে চার্জ উৎপাদন সক্ষম করার জন্য একটি উপযুক্ত ব্যান্ড ফাঁক থাকতে হবে। যন্ত্রটিকে অবশ্যই একটি স্বচ্ছ প্লেটের মাধ্যমে অর্ধপরিবাহীতে আলোকীয় প্রবেশাধিকারের অনুমতি দিতে হবে (যেমন। একটি স্বচ্ছ পরিবাহী অক্সাইড ব্যবহার করে)। অ্যাপ্লিকেশন প্রচলিত ক্যামেরাগুলি কোনও ছবির প্রতিটি অংশ ক্যাপচার করে, তা কাজের সাথে প্রাসঙ্গিক কিনা তা নির্বিশেষে। যেহেতু প্রতিটি পিক্সেল পরিমাপ করা হয়, প্রচলিত চিত্র সেন্সরগুলি কেবল তুলনামূলকভাবে কম ফ্রেম হারে ভিজ্যুয়াল ক্ষেত্রের নমুনা নিতে সক্ষম হয়, সাধারণত প্রতি সেকেন্ডে 30-240 ফ্রেম। এমনকি চলচ্চিত্রের জন্য ব্যবহৃত পেশাদার উচ্চ গতির ক্যামেরাগুলিতেও, একটি পূর্ণ রেজোলিউশনের চিত্রের জন্য ফ্রেম রেট প্রতি সেকেন্ডে কয়েক 10 হাজার ফ্রেমের মধ্যে সীমাবদ্ধ। এই সীমাবদ্ধতা উচ্চ গতির চলমান বস্তু সনাক্তকরণে একটি কর্মক্ষমতার বাধা উপস্থাপন করতে পারে। স্বায়ত্তশাসিত যানবাহনের মতো যেখানে চলাফেরার দ্রুত সনাক্তকরণ গুরুত্বপূর্ণ সেখানে এটি বিশেষভাবে গুরুত্বপূর্ণ। বিপরীতে, রেটিনোমর্ফিক সেন্সরগুলি নকশা দ্বারা গতিবিধি সনাক্ত করে। এর মানে হল যে তাদের কোনও ফ্রেম রেট নেই এবং পরিবর্তে ইভেন্ট-চালিত হয়, শুধুমাত্র যখন প্রয়োজন হয় তখনই সাড়া দেয়। এই কারণে, রেটিনোমর্ফিক সেন্সরগুলি প্রচলিত রিয়েল-টাইম চিত্র বিশ্লেষণ কৌশলগুলির তুলনায় অনেক দ্রুত চলন্ত বস্তুর সনাক্তকরণ সক্ষম করবে বলে আশা করা হচ্ছে। অতএব, রেটিনোমর্ফিক সেন্সরগুলির স্বায়ত্তশাসিত যানবাহন, রোবোটিক্স এবং নিউরোমর্ফিক ইঞ্জিনিয়ারিংয়ে প্রয়োগ রয়েছে বলে আশা করা হচ্ছে। তত্ত্ব রেটিনোমর্ফিক সেন্সর অপারেশনকে সাধারণ আরসি সার্কিটের অনুরূপ কৌশল ব্যবহার করে পরিমাপ করা যেতে পারে, একমাত্র পার্থক্য হল যে রেটিনোমর্ফিক সেন্সরের সময়ের ফাংশন হিসাবে ক্যাপাসিট্যান্স ধ্রুবক নয়। যদি ইনপুট ভোল্টেজকে এইভাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়, রোধকের উপর দিয়ে যে ভোল্টেজ পড়ে যায় এবং ক্যাপাসিটরের উপর যে ভোল্টেজ পড়ে যায়, আমরা কিরচফের ভোল্টেজ আইন ব্যবহার করে বলতে পারিঃ রোধকের মধ্য দিয়ে যে বিদ্যুৎ প্রবাহিত হয় তা সংজ্ঞায়িত করে, আমরা ওহমের আইন ব্যবহার করে লিখতে পারিঃ কারেন্টের সংজ্ঞা থেকে, আমরা এটিকে চার্জের পরিপ্রেক্ষিতে লিখতে পারি, নিচের প্লেট থেকে প্রবাহিতঃ সময় কোথায়। ক্যাপাসিটার প্লেটের চার্জ ক্যাপাসিট্যান্সের গুণফল এবং ক্যাপাসিটার জুড়ে ভোল্টেজ দ্বারা সংজ্ঞায়িত করা হয়, তাই আমরা বলতে পারিঃ কারণ রেটিনোমর্ফিক সেন্সরগুলিতে ক্যাপাসিট্যান্স সময়ের একটি ফাংশন, একটি ধ্রুবক হিসাবে ডেরিভেটিভ থেকে বের করা যায় না। পণ্যের নিয়ম ব্যবহার করে, আমরা রেটিনোমর্ফিক সেন্সর প্রতিক্রিয়ার নিম্নলিখিত সাধারণ সমীকরণটি পাইঃ অথবা, আউটপুট ভোল্টেজের পরিপ্রেক্ষিতেঃ তীব্রতার একটি ধাপ-পরিবর্তনের প্রতিক্রিয়া যদিও উপরের সমীকরণটি কোনও প্রকারের জন্য বৈধ, তবে অপটিক্যাল উদ্দীপনার ইনপুট ফর্ম না জানা পর্যন্ত এটি বিশ্লেষণাত্মকভাবে সমাধান করা যাবে না। অপটিক্যাল উদ্দীপনার সবচেয়ে সহজ রূপটি হবে একবারে শূন্য থেকে কিছু সীমাবদ্ধ অপটিক্যাল পাওয়ার ঘনত্বে যাওয়া একটি ধাপ ফাংশন। যদিও রেটিনোমর্ফিক সেন্সরগুলির বাস্তব-বিশ্বের প্রয়োগগুলি এই ধরনের ঘটনাগুলির দ্বারা সঠিকভাবে বর্ণনা করার সম্ভাবনা নেই, এটি রেটিনোমর্ফিক সেন্সরগুলির কার্যকারিতা বোঝার এবং মানদণ্ড নির্ধারণের একটি কার্যকর উপায়। বিশেষত, আমরা প্রাথমিকভাবে আলো চালু হওয়ার পরপরই এর সর্বোচ্চ উচ্চতা নিয়ে উদ্বিগ্ন। এই ক্ষেত্রে ক্যাপাসিট্যান্স বর্ণনা করা যেতে পারেঃ আলোকসজ্জার অধীনে ক্যাপাসিট্যান্স নির্ভর করবে। সেমিকন্ডাক্টরগুলির একটি পরিবাহিতা রয়েছে বলে জানা যায়, যা আপতিত আলোকীয় শক্তির ঘনত্বের উপর শক্তি-সূত্র নির্ভরতার সাথে বৃদ্ধি পায়ঃ, যেখানে একটি মাত্রাবিহীন সূচক। যেহেতু চার্জ ঘনত্বের সাথে রৈখিকভাবে আনুপাতিক, এবং ক্যাপাসিট্যান্স একটি প্রদত্ত ভোল্টেজের জন্য প্লেটের চার্জের সাথে রৈখিকভাবে আনুপাতিক, একটি রেটিনোমর্ফিক সেন্সরের ক্যাপাসিট্যান্সের উপরও একটি শক্তি-আইন নির্ভরশীলতা রয়েছে। একটি ধাপ ফাংশনের প্রতিক্রিয়ায় সময়ের ফাংশন হিসাবে ক্যাপাসিট্যান্সকে এইভাবে লেখা যেতে পারেঃ ক্যাপাসিট্যান্স প্রিফ্যাক্টর কোথায়। একটি ধাপ ফাংশনের জন্য আমরা একটি পার্থক্য সমীকরণ হিসাবে আমাদের ডিফারেনশিয়াল সমীকরণটি পুনরায় লিখতে পারিঃ আলো চালু করার ফলে ক্যাপাসিটর জুড়ে ভোল্টেজের পরিবর্তন কোথায়, আলো চালু করার ফলে ক্যাপাসিট্যান্সের পরিবর্তন কোথায়, এবং আলো চালু হতে যে সময় লাগে। চলকগুলি এবং আলো চালু হওয়ার পরপরই যথাক্রমে ক্যাপাসিটর এবং ক্যাপাসিট্যান্স জুড়ে পতিত ভোল্টেজ হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়। আই. ই. এখন থেকে এর সংক্ষিপ্ত রূপ, এবং এখন থেকে এর সংক্ষিপ্ত রূপ। যদি ধরে নেওয়া হয় যে আলো চালু হওয়ার আগে সেন্সরটি পর্যাপ্ত সময়ের জন্য অন্ধকারে রাখা হয়েছে, তবে পরিবর্তনটি এভাবে লেখা যেতে পারেঃ একইভাবে, পরিবর্তনের জন্য এগুলিকে পার্থক্য সমীকরণে রাখা হিসাবে লেখা যেতে পারেঃ এটিকে গুণ করেঃ যেহেতু আমরা ধরে নিচ্ছি যে আলো খুব দ্রুত চালু হয়, তাই আমরা আনুমানিক অনুমান করতে পারি। এটি নিম্নলিখিত দিকে নিয়ে যায়ঃ সম্পর্কটি ব্যবহার করে, এটি আউটপুট ভোল্টেজের পরিপ্রেক্ষিতে লেখা যেতে পারেঃ যেখানে আমরা শিখর উচ্চতা হিসাবে সংজ্ঞায়িত করেছি, যেহেতু আলো চালু হওয়ার পরপরই শিখর ঘটে। মেধার রেটিনোমর্ফিক চিত্র, ক্যাপ্যাসিট্যান্স প্রিফ্যাক্টর এবং অন্ধকারে রেটিনোমর্ফিক সেন্সরের ক্যাপ্যাসিট্যান্সের অনুপাত হিসাবে সংজ্ঞায়িত করা হয়ঃ এই পরামিতি দিয়ে, সর্বোচ্চ উচ্চতা এবং ইনপুট ভোল্টেজের বিপরীত অনুপাত নিম্নরূপ লেখা যেতে পারেঃ এর মান অর্ধপরিবাহীতে পুনঃসংযোগের প্রকৃতির উপর নির্ভর করে, তবে যদি ব্যান্ড-টু-ব্যান্ড পুনঃসংযোগ প্রাধান্য পায় এবং ইলেকট্রন এবং গর্তগুলির চার্জ ঘনত্ব সমান হয়। যে ব্যবস্থাগুলিতে এটি প্রায় সত্য, সেখানে উপরের সমীকরণটির নিম্নলিখিত সরলীকরণ করা যেতে পারেঃ এই সমীকরণটি পরীক্ষামূলক তথ্য থেকে যোগ্যতার রেটিনোমর্ফিক চিত্র মূল্যায়নের জন্য একটি সহজ পদ্ধতি প্রদান করে। এটি একটি রেটিনোমর্ফিক সেন্সরের সর্বোচ্চ উচ্চতা পরিমাপ করে করা যেতে পারে, একটি মানের পরিসরের জন্য 0 থেকে আলোর তীব্রতার একটি ধাপ পরিবর্তনের প্রতিক্রিয়ায়। একটি ফাংশন হিসাবে প্লট করার একটি গ্রেডিয়েন্ট সহ একটি সরল রেখা পাওয়া উচিত। এই পদ্ধতিটি ধরে নেয় যে এটি রৈখিকভাবে আনুপাতিক। আরও দেখুন অপটিক্যাল সেন্সর ইভেন্ট ক্যামেরা নিউরোমর্ফিক ইঞ্জিনিয়ারিং চার্জ কাপল্ড ডিভাইস ফটোডিয়োড অ্যাক্টিভ-পিক্সেল সেন্সর রেফারেন্স ইমেজ সেন্সর সেমিকন্ডাক্টর সেন্সর