蓋世汽車訊 據(jù)外媒報(bào)道，近日，香港理工大學(xué)（Hong Kong Polytechnic University）、北京大學(xué)、韓國延世大學(xué)（Yonsei University）和復(fù)旦大學(xué)（Fudan University）的研究人員開發(fā)出一種全新傳感器，通過采用一種人工復(fù)制人眼視網(wǎng)膜功能的機(jī)制，可以在各種光照條件下收集數(shù)據(jù)。該仿生傳感器由二硫化鉬制成的光電晶體管制造，且其相關(guān)論文已發(fā)表于期刊《Nature Electronics》。

圖片來源：期刊Nature Electronics

自然光的強(qiáng)度變化很大，總范圍為280 dB。人類視網(wǎng)膜在感知外界光信號時(shí)，會根據(jù)信號強(qiáng)度調(diào)整其感光器（即視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞）的感光度。因此人眼能夠逐漸適應(yīng)不同程度的照明，從而在黑暗和明亮的環(huán)境中都能看清，這種能力被稱為“視覺適應(yīng)”。

研究人員之一Yang Chai表示：“例如，當(dāng)你從一個(gè)明亮的大廳進(jìn)入一個(gè)黑暗的電影院時(shí)，最初你幾乎看不到任何東西，但在電影院里呆了一會兒，就變得更容易看到了，這種現(xiàn)象被稱為暗適應(yīng)。相反，如果你在晴天從黑暗的電影院出來，一開始會覺得很眼花繚亂，需要一段時(shí)間才能看到周圍的景色。這個(gè)過程與暗適應(yīng)相反，被稱為明視適應(yīng)?！?/p>

Chai及其同事的主要目標(biāo)是構(gòu)建一種受人類視網(wǎng)膜結(jié)構(gòu)和功能啟發(fā)的傳感設(shè)備。 為此，他們首先開始研究視網(wǎng)膜，然后嘗試制定策略，能夠人為復(fù)制其視覺適應(yīng)能力。

基于硅互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)的最先進(jìn)的圖像傳感器通常具70 dB的有限動態(tài)范圍。這個(gè)范圍比自然場景的照明范圍（280 dB）要窄得多。

“為了在大照明強(qiáng)度范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)視覺，研究人員探索了在后處理中使用受控光學(xué)孔徑、液體透鏡、可調(diào)節(jié)曝光時(shí)間和去噪算法，”Chai說?！叭欢@些方法通常需要復(fù)雜的硬件和軟件資源。”

能夠適應(yīng)視覺并在感官終端具有廣泛感知范圍的光電設(shè)備或可擁有有價(jià)值的應(yīng)用。例如，它們可以幫助提高計(jì)算機(jī)視覺工具的性能，降低構(gòu)建機(jī)器人或其他傳感系統(tǒng)所需的硬件復(fù)雜性，并提高圖像識別系統(tǒng)的準(zhǔn)確性。

過去，其他研究團(tuán)隊(duì)推出了可以適應(yīng)不同光照條件的光電器件。盡管如此，大多數(shù)先前提出的設(shè)備只能復(fù)制視網(wǎng)膜的明視適應(yīng)機(jī)制。另一方面，暗適應(yīng)過程迄今已被證明更難模擬。

“要完全復(fù)制視網(wǎng)膜的視覺適應(yīng)功能，還有很長的路要走，”Chai解釋說?！盀榱藢?shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，我們設(shè)計(jì)了一種使用超薄半導(dǎo)體的光電晶體管型視覺傳感器，它可以通過施加不同的柵極電壓來控制同一設(shè)備中的暗適應(yīng)和明適應(yīng)程度。通過這種方式，我們模擬了視網(wǎng)膜中的光感受器和水平細(xì)胞，并成功實(shí)現(xiàn)了具有199 dB感知范圍的仿生傳感器內(nèi)視覺適應(yīng)裝置。”

Chai及其同事開發(fā)的仿生視覺傳感器基于由超薄半導(dǎo)體材料（即二硫化鉬）制成的光電晶體管打造。這些光電晶體管具有多種電荷陷阱狀態(tài)，可在不同的柵極電壓下捕獲或釋放溝道內(nèi)的電子。

最終，這些狀態(tài)允許研究人員動態(tài)調(diào)節(jié)其設(shè)備的電導(dǎo)。反過來，這些狀態(tài)還能夠人為地復(fù)制人類視網(wǎng)膜的暗視和明視適應(yīng)機(jī)制，從而擴(kuò)大其傳感器，以響應(yīng)不同照明條件的感知范圍。

“我們的傳感器具有多個(gè)優(yōu)點(diǎn)和特點(diǎn)，”Chai說。“首先，視覺適應(yīng)功能在單個(gè)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)，大大減少了占用空間。其次，它可以在單個(gè)設(shè)備上實(shí)現(xiàn)多種功能，包括光感應(yīng)、記憶和處理。最后，它可以用于執(zhí)行暗視和只需控制其柵極電壓即可適應(yīng)不同的背景光強(qiáng)度?！?/p>

Chai及其同事在一系列測試中評估該仿生傳感器，發(fā)現(xiàn)該傳感器不僅可以有效模擬人類視網(wǎng)膜的功能，在暗適應(yīng)和明適應(yīng)方面都取得顯著成果，且與之前的解決方案相比，具有明顯更高的感知范圍（即199 dB）。

Chai表示：“我們的傳感器可以豐富機(jī)器視覺功能、降低硬件復(fù)雜度，并實(shí)現(xiàn)高圖像識別效率，，因此或可應(yīng)用于具有復(fù)雜照明環(huán)境的自動駕駛、人臉識別和工業(yè)制造等領(lǐng)域。”

關(guān)鍵詞： Chai