中新網(wǎng)北京1月6日電 (記者 孫自法)記者1月6日從中國科學院金屬研究所獲悉，該所沈陽材料科學國家研究中心孫東明研究團隊從人眼視覺適應機制中獲得啟發(fā)，最近成功研發(fā)出一種仿生可調靈敏度光電晶體管，為復雜光照條件下“低對比度目標”的高靈敏、抗噪聲探測提供了新方案。
這種新型光電晶體管的仿生設計思路，不僅解決了低對比度目標探測的難題，也為未來智能感知器件的發(fā)展提供了新方向。其相關成果論文近日在專業(yè)學術期刊《光：科學與應用》上發(fā)表。
研發(fā)仿生可調靈敏度光電探測器及其相關機制、結構等示意圖。中國科學院金屬研究所 供圖論文通訊作者孫東明研究員介紹說，隨著智能安防和預警系統(tǒng)等智能機器視覺技術的快速發(fā)展，復雜光照環(huán)境下對“低對比度目標”的精準識別成為亟需突破的關鍵問題。例如，霧霾中的車輛、偽裝下的物體或昏暗背景里的細微特征，往往因為與背景光信號差異太小，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)視覺器件和動態(tài)視覺傳感方案可通過延長曝光時間或引入復雜電路結構提升對比度，但普遍存在響應速度受限、系統(tǒng)復雜度高、難以適應快速變化場景等問題。
而現(xiàn)實世界中，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節(jié)，得益于其精妙的“雙系統(tǒng)”與自適應調節(jié)機制。視錐細胞負責明亮環(huán)境下的高分辨率色彩視覺，視桿細胞則專精于暗光下的黑白感知，同時，視網(wǎng)膜上的感光蛋白還能根據(jù)環(huán)境光強動態(tài)調整靈敏度，確保大腦總能接收到最有效的視覺信號。
基于此，中國科學家團隊通過巧妙模擬人眼這一原理，在傳統(tǒng)光電晶體管的結構中，創(chuàng)新引入一個具有自適應響應特性的“柵極光敏窗口”。這個核心部件由經(jīng)過特殊處理的二硫化鉬材料構成，其導電性能會隨著光照強度的變化而自動改變。
孫東明指出，這就好比給探測器的“眼睛”安裝了一個“智能光圈”，當外界光線整體發(fā)生變化時，這個“光圈”會自動調整，重新分配內(nèi)部電壓，從而精準放大目標所處方位的微弱光信號變化，同時有效抑制無關的背景強光或噪聲。使用者可以通過調節(jié)工作電壓，靈活設定這個“智能光圈”的高靈敏度響應區(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)生強烈電信號響應。
研究團隊開展的實驗數(shù)據(jù)表明，在探測“低對比度目標”時，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”并提取出目標的關鍵特征。(完)