从视网膜获得灵感 研究人员开发出自适应视觉感知传感器

据外国媒体报道，来自香港理工大学、北京大学、韩国延世大学和复旦大学的研究人员最近开发了一种新的传感器，该传感器使用一种机制来人工复制人类视网膜的功能，允许在各种光照条件下收集数据。该仿生传感器由二硫化钼制成的光电晶体管制成，其相关论文已发表在《自然电子》杂志上。

图片来源：《自然电子》杂志的自然光强度有显著变化，总范围为280分贝。当人类视网膜感知到外部光信号时，它会根据信号强度调整感光体的灵敏度。因此，人眼可以逐渐适应不同水平的光照，使其在黑暗和明亮的环境中都能清晰地看到。这种能力被称为“视觉适应”。研究人员之一Yang Chai表示：例如，当你从明亮的大厅进入黑暗的电影院时，起初你几乎看不到任何东西，但在电影院呆了一段时间后，就更容易看到了。这种现象被称为暗适应。相反，如果你在阳光明媚的日子从黑暗的电影院出来，一开始会感到头晕，并花一些时间看看周围的风景。这个过程与暗适应相反，被称为对明亮视觉的适应Chai和他的同事的主要目标是受人类视网膜结构和功能的启发，构建一种传感设备。为此，他们首先开始研究视网膜，然后试图开发可以人工复制其视觉适应性的策略。基于硅互补金属氧化物半导体技术的最先进的图像传感器通常具有70dB的有限动态范围。这个范围比自然场景的照明范围窄得多。为了在大的照明强度范围内实现视觉，研究人员探索了在后处理中使用可控的光学孔径、液体透镜、可调节的曝光时间和去噪算法， Chai说。然而，这些方法通常需要复杂的硬件和软件资源。能够适应视觉并在感知终端具有广泛感知范围的光电设备可能具有宝贵的应用。例如，它们可以帮助提高计算机视觉工具的性能，降低制造机器人或其他传感系统所需的硬件复杂性，并提高ve图像识别系统的准确性。过去，其他研究团队已经推出了可以适应不同照明条件的光电器件。然而，以前提出的大多数设备只能复制视网膜对明亮视觉的适应机制。另一方面，到目前为止，暗适应过程已被证明更难模拟。要完全复制视网膜的视觉适应功能还有很长的路要走， Chai解释道。为了实现这一目标，我们使用超薄半导体设计了一种基于光电晶体管的视觉传感器，该传感器可以通过施加不同的栅极电压来控制同一设备中的暗适应和光适应程度。通过这种方法，我们模拟了视网膜中的光感受器和水平细胞，并成功地在仿生传感器中实现了视觉适应设备感知范围为199dB Chai和他的同事开发的仿生视觉传感器是基于超薄半导体材料制成的光电晶体管。这些光电晶体管具有各种电荷陷阱状态，并且可以在不同的栅极电压下捕获或释放沟道中的电子。最终，这些状态使研究人员能够动态调整他们设备的电导率。相反，这些状态还可以在人类视网膜中人工复制暗视觉和亮视觉的适应机制，从而扩展其传感器以响应不同光照条件的感知范围。我们的传感器具有多种优势和特点， “Chai说。首先，视觉适应功能是在单个设备中实现的，大大减少了占用的空间。其次，它可以在单个设备上实现多种功能，包括光感测、记忆和处理。最后，只需控制栅极电压，它就可以用于进行暗视，并适应不同的背景光强度在一系列测试中对仿生传感器进行了仿真，发现该传感器不仅可以有效模拟人类视网膜的功能，而且在暗适应和光适应方面都取得了显著的效果，并且具有显著更高的性能……

与以前的解决方案相比，可选范围。Chai说：“我们的传感器可以丰富机器视觉功能，降低硬件复杂性，并实现高图像识别效率，因此它们可能应用于自动驾驶、面部识别和照明环境复杂的工业制造等领域

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