研究人員開發(fā)了一種靈感源自螳螂蝦眼睛的新型光學(xué)傳感器

據(jù)麥姆斯咨詢報道，美國北卡羅來納州立大學(xué)的研究人員開發(fā)了一種靈感源自螳螂蝦眼睛的新型光學(xué)傳感器，它能夠進行高光譜和偏振成像，并且尺寸小到足以應(yīng)用于智能手機。

北卡羅來納州立大學(xué)電氣和計算機工程副教授、共同通訊作者Michael Kudenov說：“很多人工智能（AI）程序可以利用數(shù)據(jù)豐富的高光譜和偏振圖像，不過，目前能夠捕捉這些圖像的設(shè)備都比較笨重。我們的這項研究成果使尺寸更小、更便攜的高光譜和偏振成像設(shè)備成為可能。這將有助于人工智能技術(shù)應(yīng)用于從天文學(xué)到生物醫(yī)學(xué)的各個領(lǐng)域?！边@項研究成果已經(jīng)發(fā)表于Science Advances雜志。

高光譜和偏振成像

光譜偏振成像（Spectral polarization imaging, SPI）是一種四維測量技術(shù)，可以獲取場景的空間、光譜和偏振信息。這種最先進的成像方法有可能徹底改變從農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)到國防和太空探索的許多領(lǐng)域。

結(jié)合高光譜和偏振成像可以提供一種強大的傳感能力，在從天文學(xué)到生物學(xué)的很多領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。現(xiàn)有的方法依賴于時間數(shù)據(jù)采集或空間分離探測器進行快照成像。這些方法會產(chǎn)生基本偽影，從而降低成像性能。為了克服這些局限性，研究人員提出了一種靈感源自螳螂蝦眼睛的新型光學(xué)傳感器，能夠在單個像素內(nèi)進行快照高光譜和偏振傳感。該設(shè)計包括堆疊偏振敏感有機光伏（P-OPV）和聚合物延遲器。

利用P-OPV的各向異性響應(yīng)和延遲器的色散特性，實現(xiàn)了多個光譜和偏振通道。研究表明，這種設(shè)計可以在350納米帶寬上感知15個光譜通道。研究人員通過實驗展示了一種可以同時記錄四個光譜通道和三個偏振通道的探測器原型。探測器原型展示了有機半導(dǎo)體所提供的顯著自由度，這在無機半導(dǎo)體中是無法實現(xiàn)的，或?qū)⒋蜷_一條同時進行光譜和偏振成像的有機探測器新路線。

靈感源自螳螂蝦的眼睛

這種新型光學(xué)傳感器從螳螂蝦的眼睛中獲得靈感，它們的眼睛非常善于精確捕捉色彩的細微層次。有基于此，研究人員開發(fā)了一種模擬螳螂蝦眼睛的有機電子傳感器，被稱為口足類動物啟發(fā)的多光譜和偏振敏感（SIMPOL）傳感器。螳螂蝦屬于口足類動物。

螳螂蝦的眼睛及由此啟發(fā)的有機探測器

研究人員開發(fā)了一款SIMPOL傳感器原型，可以同時記錄四個光譜通道和三個偏振通道。相比之下，智能手機中使用的電荷耦合器件只有三個光譜成像通道，分別檢測紅色、綠色和藍色；以及兩個偏振通道。此外，這款SIMPOL原型可以在一個點上測量四個色彩通道和三個偏振通道，而電荷耦合器件需要依賴分布在多個點上的成像傳感器。

“SIMPOL的色彩通道可以分辨相比典型圖像傳感器窄10倍的光譜特征；換句話說，它的精確度提高了10倍！”Kudenov說。

北卡羅來納州立大學(xué)機械和航空航天工程副教授、共同通訊作者Brendan O'Connor說：“我們的研究表明，可以制造出能夠同時捕獲高光譜和偏振圖像的小型、高效傳感器。這為新型有機電子傳感技術(shù)打開了大門?！?br />
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