人类之所以能够感受到多彩的世界，是因为视网膜中的红色（长波长，L）、绿色（中波长，M）和蓝色（短波长，S）视锥细胞。此外，视杆细胞比视锥细胞具有更高的灵敏度，可以帮助在弱光下成像。为了实现彩色视觉，传统成像方法常基于硅基光电探测器。但硅材料的固有特性（例如带隙不可调）导致其在模拟生物视觉系统方面缺乏竞争力。与晶体硅材料不同，有机-无机卤化物钙钛矿材料具有优异的光电性能（例如高光吸收系数、高迁移率、低结合能）以及调节物理和化学性能的灵活性，为仿生光电器件的发展提供了巨大的潜力。
据麦姆斯咨询报道，近日，中国科学院北京纳米能源与系统研究所王中林院士团队和暨南大学麦文杰教授团队等合作，共同开发出一种受人类视觉细胞启发的高分辨率彩色相机。该相机基于RGBW钙钛矿基光电探测器，以模拟人眼的L、M、S视锥细胞和视杆细胞，并结合了预先设计的图案照明和图像重建技术。该相机可以在漫反射模式下实现256×256像素的高分辨率图像，远超最先进的钙钛矿基人造眼或其他钙钛矿基成像系统。这项工作提出了一种研发仿生相机的新方法，并展示了其模仿生物眼睛功能的巨大潜力。相关研究成果已发表于Light: Science & Applications期刊。
受人类视觉细胞启发的钙钛矿基彩色相机
在这项研究工作中，研究人员以人类视觉细胞为灵感，设计了一组模拟L、M、S视锥细胞的窄带红色（R）、绿色（G）、蓝色（B）钙钛矿基光电探测器，并采用傅里叶成像算法，开发出一种高分辨率彩色相机。更重要的是，为了进一步赋予其在弱光下的成像能力，研究人员将具有更好光探测性能的宽带白色（W）钙钛矿基光电探测器（模拟视杆细胞）集成到该成像系统中，提高了钙钛矿基相机在弱光下的成像分辨率。与传统的基于CCD/CMOS和镜头组合的成像系统相比，基于钙钛矿基光电探测器的成像系统制备更加简单且成本低。
钙钛矿基RGBW光电探测器性能
该钙钛矿基相机结合了预先设计的图案照明和图像重建技术，在漫反射模式下展示了高分辨率的彩色图像（高达256×256像素）。利用窄带钙钛矿基光电探测器的优异性能，该相机可以在~5.4μW/cm²的弱光下实现彩色成像。此外，由于在成像系统中集成了宽带钙钛矿基光电探测器，增强了相机在弱光环境下的成像能力，使其可以在~0.7μW/cm²的弱光下实现物体轮廓成像。
256 × 256像素高分辨率成像演示
漫射光强度为~20μW/cm²时的彩色成像演示
弱光照明下的彩色成像演示
这项工作为彩色相机的发展开辟了新的视野，并为模仿生物眼睛找到了新的途径。研究人员称，通过进一步的图像融合技术和更高性能的光电探测器，未来有望获得在弱光下超越人眼的高分辨率彩色成像系统。
论文链接：https://doi.org/10.1038/s41377-023-01072-y
文章来源：MEMS（微信公众号）
原文链接：https://mp.weixin.qq.com/s/92KrTmhkWwIiBxQ47QDTKg
