蓋世汽車訊 5月31日，香港理工大學(xué)（理大）宣布與南韓延世大學(xué)（Yonsei University）的科學(xué)家最近取得科研突破，他們研發(fā)的光傳感器能仿效甚至超越人類視網(wǎng)膜對(duì)不同亮度的適應(yīng)力，有望為未來無人駕駛車輛和工業(yè)用攝像頭配備媲美人類的視力。

研究領(lǐng)導(dǎo)者、理大應(yīng)用物理學(xué)系副教授兼應(yīng)用科學(xué)及紡織學(xué)院助理院長柴揚(yáng)博士說：“新傳感器能大大提升機(jī)器視覺系統(tǒng)，令各種影像分析和辨識(shí)任務(wù)有更佳表現(xiàn)。”

機(jī)器視覺系統(tǒng)通常由多部攝像頭和計(jì)算單元組成，透過擷取和處理影像進(jìn)行例如面部辨識(shí)等任務(wù)。此類系統(tǒng)需要運(yùn)用精密的電路和復(fù)雜的演算法，才能在各種照明條件下“看到”物件。然而，同類系統(tǒng)很少具備足夠效能來實(shí)時(shí)處理大量視覺資訊，難以與人腦相比。

柴博士團(tuán)隊(duì)研發(fā)的全新仿生（bioinspired）傳感器或可為以上難題提供解決方案：以傳感器直接適應(yīng)光暗，減少依賴后臺(tái)運(yùn)算。新傳感器仿效人類眼睛能適應(yīng)不同亮度，就如肉眼可在極暗至極亮的照明條件下準(zhǔn)確辨識(shí)各種物件。

圖片來源：香港理工大學(xué)

柴博士解釋說：“人的瞳孔有助調(diào)節(jié)進(jìn)入眼睛的光線量，而適應(yīng)亮度則主要由視網(wǎng)膜細(xì)胞負(fù)責(zé)?！碧烊还鈴?qiáng)度的范圍廣達(dá)280分貝，而傳統(tǒng)硅基傳感器的適應(yīng)范圍僅有70分貝。柴博士團(tuán)隊(duì)研發(fā)的新傳感器有效范圍則高達(dá)199分貝，表現(xiàn)令人刮目相看。相對(duì)之下，人類視網(wǎng)膜能適應(yīng)強(qiáng)光至弱光亮度的環(huán)境，范圍約為160分貝。

為實(shí)現(xiàn)上述表現(xiàn)，研究團(tuán)隊(duì)首先利用一種具有獨(dú)特電學(xué)和光學(xué)特性的半導(dǎo)體二硫化鉬，制成近乎原子厚度的雙層超薄膜，并以此研制出用來探測光線的光電晶體管；再在雙層薄膜中引入“電荷陷阱態(tài)”，控制偵測光線的能力。

應(yīng)用在光電晶體管的“電荷陷阱態(tài)”其實(shí)是固體晶體結(jié)構(gòu)中的雜質(zhì)或缺陷，用來限制電荷移動(dòng)。研究人員說：“這些陷阱態(tài)令光資訊得以儲(chǔ)存，并在小至每一個(gè)像素，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)設(shè)備的光電特性。”陷阱態(tài)通過控制電子移動(dòng)，能精確調(diào)整光電晶體管傳導(dǎo)的電量，從而控制設(shè)備的光敏性，即其偵測光線的能力。

每一個(gè)仿生視覺傳感器均由這種光電晶體管的陣列組成。它們能模仿人類肉眼內(nèi)分別負(fù)責(zé)偵測暗光和強(qiáng)光的視桿和視錐細(xì)胞。因此，傳感器能在各種照明環(huán)境下偵測不同物件，也能因應(yīng)不同亮度進(jìn)行轉(zhuǎn)換與適應(yīng)，范圍更勝人類眼睛。

柴博士表示：“新的傳感器可降低硬件復(fù)雜度，并且在不同光暗下大幅提高影像對(duì)比，從而提供高效影像辨識(shí)。”

此嶄新的仿生視覺傳感器將推動(dòng)新一代人工視覺系統(tǒng)的應(yīng)用，不但可于自動(dòng)駕駛車輛和制造業(yè)應(yīng)用方面發(fā)揮功效，也可在邊緣運(yùn)算和物聯(lián)網(wǎng)中找到其他令人雀躍的新應(yīng)用。

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