5 月 14 日消息，美國賓夕法尼亞州立大學的科學家們借鑒自然界的設計，開發出了一種新型的圖像傳感器，能夠模仿人眼對紅、綠、藍三種顏色的感知和神經網絡的處理，從而產生高質量的圖像。

人眼的視網膜中含有對紅、綠、藍光敏感的錐狀細胞，以及一個神經網絡在信息傳輸到大腦之前就開始對我們所看到的東西進行處理。“這個自然過程創造了我們能看到的豐富多彩的世界。”該項目的研究員 Kai Wang 說。

為了在人造設備中實現這一點，科學家們使用了窄帶鈣鈦礦光電探測器，模仿了我們的錐狀細胞，并將其連接到一個類神經算法，模仿我們的神經網絡，來處理信息并重建圖像。光電探測器是一種能夠將光能轉化為電信號的器件，對于相機和許多其他光學技術都是必不可少的。窄帶光電探測器能夠專注于光譜中的單個部分，比如構成可見光的紅、綠、藍三種顏色。

“在這項工作中，我們找到了一種新穎的方法來設計鈣鈦礦材料，使其只對一種波長的光敏感。”Kai Wang 說，“我們制造了三種不同的鈣鈦礦材料，它們只對紅色、綠色或藍色有反應。”

這項技術可能代表了一種繞過現代相機中使用的濾鏡的方法，這些濾鏡降低了分辨率，并增加了制造復雜度和成本。科學家們說，相機中的硅光電探測器能夠吸收光線，但不能區分顏色。一個外部濾鏡將紅、綠、藍三種顏色分開，只允許一種顏色到達光傳感器的每個部分，浪費了三分之二的入射光，“當光線被過濾時，會有一些信息丟失，而這可以通過我們的設計來避免。所以我們認為這項工作可能代表了未來的相機感應技術，可以幫助人們獲得更高的空間分辨率。”

而且由于科學家們使用了鈣鈦礦材料，這些新設備在吸收光線時還能產生電力，這可能為無電池相機技術開辟了道路。

“該設備的結構類似于利用光來產生電力的太陽能電池。”該項目的博士后 Luyao Zheng 說，“只要你在上面照射光線，它就會產生電流。所以像我們的眼睛一樣，我們不需要施加能量來捕捉來自光線的信息。”

這項研究也可能引發人工視網膜生物技術方面的進一步發展。科學家們說，基于這項技術的設備有朝一日可能取代我們眼睛中死亡或受損的細胞，從而恢復視力。

注意到，這項研究的結果發表在《科學進展》雜志上，代表了在實現鈣鈦礦窄帶光電探測器方面的幾個基礎性的突破，從材料合成到器件設計再到系統創新。

總結

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