據(jù)麥姆斯咨詢(xún)報(bào)道，美國(guó)北卡羅來(lái)納州立大學(xué)的研究人員開(kāi)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(jìn)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(jī)。

北卡羅來(lái)納州立大學(xué)電氣和計(jì)算機(jī)工程副教授、共同通訊作者M(jìn)ichael Kudenov說(shuō)：“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(guò)，目前能夠捕捉這些圖像的設(shè)備都比較笨重。我們的這項(xiàng)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(gè)領(lǐng)域。”這項(xiàng)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(cè)量技術(shù)，可以獲取場(chǎng)景的空間、光譜和偏振信息。這種最先進(jìn)的成像方法有可能徹底改變從農(nóng)業(yè)和醫(yī)學(xué)到國(guó)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(qiáng)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?，F(xiàn)有的方法依賴(lài)于時(shí)間數(shù)據(jù)采集或空間分離探測(cè)器進(jìn)行快照成像。這些方法會(huì)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(gè)像素內(nèi)進(jìn)行快照高光譜和偏振傳感。該設(shè)計(jì)包括堆疊偏振敏感有機(jī)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(shí)現(xiàn)了多個(gè)光譜和偏振通道。研究表明，這種設(shè)計(jì)可以在350納米帶寬上感知15個(gè)光譜通道。研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)展示了一種可以同時(shí)記錄四個(gè)光譜通道和三個(gè)偏振通道的探測(cè)器原型。探測(cè)器原型展示了有機(jī)半導(dǎo)體所提供的顯著自由度，這在無(wú)機(jī)半導(dǎo)體中是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的，或?qū)⒋蜷_(kāi)一條同時(shí)進(jìn)行光譜和偏振成像的有機(jī)探測(cè)器新路線(xiàn)。

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(xì)微層次。有基于此，研究人員開(kāi)發(fā)了一種模擬螳螂蝦眼睛的有機(jī)電子傳感器，被稱(chēng)為口足類(lèi)動(dòng)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(lèi)動(dòng)物。

螳螂蝦的眼睛及由此啟發(fā)的有機(jī)探測(cè)器

研究人員開(kāi)發(fā)了一款SIMPOL傳感器原型，可以同時(shí)記錄四個(gè)光譜通道和三個(gè)偏振通道。相比之下，智能手機(jī)中使用的電荷耦合器件只有三個(gè)光譜成像通道，分別檢測(cè)紅色、綠色和藍(lán)色;以及兩個(gè)偏振通道。此外，這款SIMPOL原型可以在一個(gè)點(diǎn)上測(cè)量四個(gè)色彩通道和三個(gè)偏振通道，而電荷耦合器件需要依賴(lài)分布在多個(gè)點(diǎn)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(huà)說(shuō)，它的精確度提高了10倍!”Kudenov說(shuō)。

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