中國團(tuán)隊(duì)成功研發(fā)新型光電晶體管 實(shí)現(xiàn)復(fù)雜光照條件下高效探測
中新網(wǎng)北京1月6日電 (記者 孫自法)記者1月6日從中國科學(xué)院金屬研究所獲悉，中國雜光照條該所沈陽材料科學(xué)國家研究中心孫東明研究團(tuán)隊(duì)從人眼視覺適應(yīng)機(jī)制中獲得啟發(fā)，團(tuán)隊(duì)探測最近成功研發(fā)出一種仿生可調(diào)靈敏度光電晶體管，成功為復(fù)雜光照條件下“低對比度目標(biāo)”的新型現(xiàn)復(fù)高靈敏、抗噪聲探測提供了新方案。光電管實(shí)高效
這種新型光電晶體管的晶體件下仿生設(shè)計(jì)思路，不僅解決了低對比度目標(biāo)探測的中國雜光照條難題，也為未來智能感知器件的團(tuán)隊(duì)探測發(fā)展提供了新方向。其相關(guān)成果論文近日在專業(yè)學(xué)術(shù)期刊《光：科學(xué)與應(yīng)用》上發(fā)表。成功
研發(fā)仿生可調(diào)靈敏度光電探測器及其相關(guān)機(jī)制、新型現(xiàn)復(fù)結(jié)構(gòu)等示意圖。光電管實(shí)高效中國科學(xué)院金屬研究所 供圖論文通訊作者孫東明研究員介紹說，晶體件下隨著智能安防和預(yù)警系統(tǒng)等智能機(jī)器視覺技術(shù)的中國雜光照條快速發(fā)展，復(fù)雜光照環(huán)境下對“低對比度目標(biāo)”的團(tuán)隊(duì)探測精準(zhǔn)識(shí)別成為亟需突破的關(guān)鍵問題。例如，成功霧霾中的車輛、偽裝下的物體或昏暗背景里的細(xì)微特征，往往因?yàn)榕c背景光信號(hào)差異太小，而被傳統(tǒng)光電探測器的噪聲所淹沒。盡管現(xiàn)有的神經(jīng)形態(tài)視覺器件和動(dòng)態(tài)視覺傳感方案可通過延長曝光時(shí)間或引入復(fù)雜電路結(jié)構(gòu)提升對比度，但普遍存在響應(yīng)速度受限、系統(tǒng)復(fù)雜度高、難以適應(yīng)快速變化場景等問題。
而現(xiàn)實(shí)世界中，人眼之所以能在從星光到陽光的極大亮度范圍內(nèi)都能清晰視物，并能敏銳捕捉低對比度細(xì)節(jié)，得益于其精妙的“雙系統(tǒng)”與自適應(yīng)調(diào)節(jié)機(jī)制。視錐細(xì)胞負(fù)責(zé)明亮環(huán)境下的高分辨率色彩視覺，視桿細(xì)胞則專精于暗光下的黑白感知，同時(shí)，視網(wǎng)膜上的感光蛋白還能根據(jù)環(huán)境光強(qiáng)動(dòng)態(tài)調(diào)整靈敏度，確保大腦總能接收到最有效的視覺信號(hào)。
基于此，中國科學(xué)家團(tuán)隊(duì)通過巧妙模擬人眼這一原理，在傳統(tǒng)光電晶體管的結(jié)構(gòu)中，創(chuàng)新引入一個(gè)具有自適應(yīng)響應(yīng)特性的“柵極光敏窗口”。這個(gè)核心部件由經(jīng)過特殊處理的二硫化鉬材料構(gòu)成，其導(dǎo)電性能會(huì)隨著光照強(qiáng)度的變化而自動(dòng)改變。
孫東明指出，這就好比給探測器的“眼睛”安裝了一個(gè)“智能光圈”，當(dāng)外界光線整體發(fā)生變化時(shí)，這個(gè)“光圈”會(huì)自動(dòng)調(diào)整，重新分配內(nèi)部電壓，從而精準(zhǔn)放大目標(biāo)所處方位的微弱光信號(hào)變化，同時(shí)有效抑制無關(guān)的背景強(qiáng)光或噪聲。使用者可以通過調(diào)節(jié)工作電壓，靈活設(shè)定這個(gè)“智能光圈”的高靈敏度響應(yīng)區(qū)間。
這也意味著，該新型光電晶體管器件可以像人眼一樣“按需聚焦”，僅對感興趣的、特定亮度范圍內(nèi)的微小變化產(chǎn)生強(qiáng)烈電信號(hào)響應(yīng)。
研究團(tuán)隊(duì)開展的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，在探測“低對比度目標(biāo)”時(shí)，這款仿生光電探測器的靈敏度比傳統(tǒng)器件提升超過1000倍，即使置身于強(qiáng)烈、雜亂的光照干擾下，它依然能穩(wěn)定、清晰地“鎖定”并提取出目標(biāo)的關(guān)鍵特征。(完)
