蓋世汽車訊 據(jù)外媒報道，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，會根據(jù)信號強度調(diào)整其感光器（即視桿細胞和視錐細胞）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)你從一個明亮的大廳進入一個黑暗的電影院時，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)象被稱為暗視適應(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，需要一段時間才能看到周圍的景色。這個過程與暗適應(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。

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

“為了在大照明強度范圍內(nèi)實現(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)曝光時間和去噪算法，”Chai說?！叭欢?，這些方法通常需要復(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)備或可擁有有價值的應(yīng)用。例如，它們可以幫助提高計算機視覺工具的性能，降低構(gòu)建機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)的準確性。

過去，其他研究團隊推出了可以適應(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?！盀榱藢崿F(xiàn)這一目標，我們設(shè)計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胞，并成功實現(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)機制，從而擴大其傳感器，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優(yōu)點和特點，”Chai說?！笆紫龋曈X適應(yīng)功能在單個設(shè)備中實現(xiàn)，大大減少了占用空間。其次，它可以在單個設(shè)備上實現(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器視覺功能、降低硬件復(fù)雜度，并實現(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。”

------------------------------

《全球汽車前瞻技術(shù)情報雙周刊》（25期/年）含：全球范圍檢索汽車前瞻技術(shù)；根據(jù)中國市場使用場景篩選；跨界、初創(chuàng)、科研領(lǐng)域廣泛涉及；部分收錄企業(yè)投資市場受追捧等。獲取方式如下：

返回第一電動網(wǎng)首頁 >