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仿人眼设计，新型传感器让相机摆脱滤镜实现高清图像拍摄
美国宾夕法尼亚州立大学的科学家们借鉴自然界的设计，开发出了一种新型的图像传感器，能够模仿人眼对红、绿、蓝三种颜色的感知和神经网络的处理，从而产生高质量的图像。
人眼的视网膜中含有对红、绿、蓝光敏感的锥状细胞，以及一个神经网络在信息传输到大脑之前就开始对我们所看到的东西进行处理。“这个自然过程创造了我们能看到的丰富多彩的世界。”该项目的研究员KaiWang说。
为了在人造设备中实现这一点，科学家们使用了窄带钙钛矿光电探测器，模仿了我们的锥状细胞，并将其连接到一个类神经算法，模仿我们的神经网络，来处理信息并重建图像。光电探测器是一种能够将光能转化为电信号的器件，对于相机和许多其他光学技术都是必不可少的。窄带光电探测器能够专注于光谱中的单个部分，比如构成可见光的红、绿、蓝三种颜色。
“在这项工作中，我们找到了一种新颖的方法来设计钙钛矿材料，使其只对一种波长的光敏感。”KaiWang说，“我们制造了三种不同的钙钛矿材料，它们只对红色、绿色或蓝色有反应。”
这项技术可能代表了一种绕过现代相机中使用的滤镜的方法，这些滤镜降低了分辨率，并增加了制造复杂度和成本。科学家们说，相机中的硅光电探测器能够吸收光线，但不能区分颜色。一个外部滤镜将红、绿、蓝三种颜色分开，只允许一种颜色到达光传感器的每个部分，浪费了三分之二的入射光，“当光线被过滤时，会有一些信息丢失，而这可以通过我们的设计来避免。所以我们认为这项工作可能代表了未来的相机感应技术，可以帮助人们获得更高的空间分辨率。”
而且由于科学家们使用了钙钛矿材料，这些新设备在吸收光线时还能产生电力，这可能为无电池相机技术开辟了道路。
“该设备的结构类似于利用光来产生电力的太阳能电池。”该项目的博士后LuyaoZheng说，“只要你在上面照射光线，它就会产生电流。所以像我们的眼睛一样，我们不需要施加能量来捕捉来自光线的信息。”
这项研究也可能引发人工视网膜生物技术方面的进一步发展。科学家们说，基于这项技术的设备有朝一日可能取代我们眼睛中死亡或受损的细胞，从而恢复视力。
注意到，这项研究的结果发表在《科学进展》杂志上，代表了在实现钙钛矿窄带光电探测器方面的几个基础性的突破，从材料合成到器件设计再到系统创新。
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快照生成时间：2023-05-14 23:45:15
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