蓋世汽車訊 據外媒報道，近日，香港理工大學（Hong Kong Polytechnic University）、北京大學、韓國延世大學（Yonsei University）和復旦大學（Fudan University）的研究人員開發出一種全新傳感器，通過采用一種人工復制人眼視網膜功能的機制，可以在各種光照條件下收集數據。該仿生傳感器由二硫化鉬制成的光電晶體管制造，且其相關論文已發表于期刊《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。人類視網膜在感知外界光信號時，會根據信號強度調整其感光器（即視桿細胞和視錐細胞）的感光度。因此人眼能夠逐漸適應不同程度的照明，從而在黑暗和明亮的環境中都能看清，這種能力被稱為“視覺適應”。

研究人員之一Yang Chai表示：“例如，當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，這種現象被稱為暗適應。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。這個過程與暗適應相反，被稱為明視適應。”

Chai及其同事的主要目標是構建一種受人類視網膜結構和功能啟發的傳感設備。 為此，他們首先開始研究視網膜，然后嘗試制定策略，能夠人為復制其視覺適應能力。

基于硅互補金屬氧化物半導體（CMOS）技術的最先進的圖像傳感器通常具70 dB的有限動態范圍。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實現視覺，研究人員探索了在后處理中使用受控光學孔徑、液體透鏡、可調節曝光時間和去噪算法，”Chai說。“然而，這些方法通常需要復雜的硬件和軟件資源。”

能夠適應視覺并在感官終端具有廣泛感知范圍的光電設備或可擁有有價值的應用。例如，它們可以幫助提高計算機視覺工具的性能，降低構建機器人或其他傳感系統所需的硬件復雜性，并提高圖像識別系統的準確性。

過去，其他研究團隊推出了可以適應不同光照條件的光電器件。盡管如此，大多數先前提出的設備只能復制視網膜的明視適應機制。另一方面，暗適應過程迄今已被證明更難模擬。

“要完全復制視網膜的視覺適應功能，還有很長的路要走，”Chai解釋說。“為了實現這一目標，我們設計了一種使用超薄半導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備中的暗適應和明適應程度。通過這種方式，我們模擬了視網膜中的光感受器和水平細胞，并成功實現了具有199 dB感知范圍的仿生傳感器內視覺適應裝置。”

Chai及其同事開發的仿生視覺傳感器基于由超薄半導體材料（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，可在不同的柵極電壓下捕獲或釋放溝道內的電子。

最終，這些狀態允許研究人員動態調節其設備的電導。反過來，這些狀態還能夠人為地復制人類視網膜的暗視和明視適應機制，從而擴大其傳感器，以響應不同照明條件的感知范圍。

“我們的傳感器具有多個優點和特點，”Chai說。“首先，視覺適應功能在單個設備中實現，大大減少了占用空間。其次，它可以在單個設備上實現多種功能，包括光感應、記憶和處理。最后，它可以用于執行暗視和只需控制其柵極電壓即可適應不同的背景光強度?！?/p>

Chai及其同事在一系列測試中評估該仿生傳感器，發現該傳感器不僅可以有效模擬人類視網膜的功能，在暗適應和明適應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、降低硬件復雜度，并實現高圖像識別效率，，因此或可應用于具有復雜照明環境的自動駕駛、人臉識別和工業制造等領域?！?/p>

關鍵詞： Chai