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摘要由香港科技大學(xué)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的團隊開發(fā)出了世界上3D人工眼,這款「電化學(xué)仿生眼」,復(fù)制了人眼的曲面結(jié)構(gòu),為視覺類人機器人和視力障礙患者帶來了新希望。

  【儀表網(wǎng) 儀表產(chǎn)業(yè)】由香港科技大學(xué)(HKUST)科學(xué)家領(lǐng)導(dǎo)的團隊開發(fā)出了世界上3D人工眼,這款「電化學(xué)仿生眼」,復(fù)制了人眼的曲面結(jié)構(gòu),為視覺類人機器人和視力障礙患者帶來了新希望。
 
  這款電化學(xué)眼主要的突破,是創(chuàng)造了一個3D立體人造視網(wǎng)膜。這款人造視網(wǎng)膜上裝有大量納米線感光器,用來模擬人類視網(wǎng)膜中的感光細(xì)胞。在實驗中,團隊以液態(tài)金屬線模擬人類眼球后的神經(jīng)線,將納米線感光器與人造半球形視網(wǎng)膜后面一束束的金屬線連接在一起,成功復(fù)制了視覺訊號的傳輸,將電化眼所看到的影像投射到了計算機屏幕上。
 
  人造視網(wǎng)膜不僅可以拯救盲人的視力,它的功能比人眼更加強大。
 
  首先,它消除了視覺盲點的問題。由于人眼的視神經(jīng)是在視網(wǎng)膜前面,人眼感光細(xì)胞所收集到的訊號,會先聚集在視網(wǎng)膜的一點,再從視網(wǎng)膜前方往后傳送到大腦,如果一個物體的像剛好落在這個點上就會看不到,稱為盲點。
 
  這個問題,電化學(xué)眼就可以解決。在人造視網(wǎng)膜上,由于每個散布在上面的感光器,都可獨立透過其后方連接的液態(tài)金屬線將訊號傳送至大腦,無需經(jīng)過視網(wǎng)膜的某一點,因而消除了盲點的問題。
 
  不僅如此,電化學(xué)眼還有很多開了外掛的功能,比如夜視和紅外。我們都知道,人眼在夜里是看不到的,但電化學(xué)眼只要使用不同的材料來提高感光器的敏感度及可視光譜范圍,就可以擁有夜視等功能。
 
  什么是感光器件?
 
  提到數(shù)碼相機,不得不說到就是數(shù)碼相機的心臟——感光器件。與傳統(tǒng)相機相比,傳統(tǒng)相機使用“膠卷”作為其記錄信息的載體,而數(shù)碼相機的“膠卷”就是其成像感光器件,而且是與相機一體的,是數(shù)碼相機的心臟。感光器是數(shù)碼相機的核心,也是關(guān)鍵的技術(shù)。數(shù)碼相機的發(fā)展道路,可以說就是感光器的發(fā)展道路。數(shù)碼相機的核心成像部件有兩種:一種是廣泛使用的CCD(電荷藕合)元件;另一種是CMOS(互補金屬氧化物導(dǎo)體)器件。
 
  影響感光器件的因素
 
  對于數(shù)碼相機來說,影像感光器件成像的因素主要有兩個方面:一是感光器件的面積;二是感光器件的色彩深度。
 
  面積
 
  感光器件面積越大,成像較大,相同條件下,能記錄更多的圖像細(xì)節(jié),各像素間的干擾也小,成像質(zhì)量越好。但隨著數(shù)碼相機向時尚小巧化的方向發(fā)展,感光器件的面積也只能是越來越小。
 
  色彩深度
 
  除了面積之外,感光器件還有一個重要指標(biāo),就是色彩深度,也就是色彩位,就是用多少位的二進制數(shù)字來記錄三種原色。非專業(yè)型數(shù)碼相機的感光器件一般是24位的,高檔點的采樣時是30位,而記錄時仍然是24位,專業(yè)型數(shù)碼相機的成像器件至少是36位的,據(jù)說已經(jīng)有了48位的CCD。對于24位的器件而言,感光單元能記錄的光亮度值多有2^8=256級,每一種原色用一個8位的二進制數(shù)字來表示,多能記錄的色彩是256x256x256約16,77萬種。對于36位的器件而言,感光單元能記錄的光亮度值多有2^12=4096級,每一種原色用一個12位的二進制數(shù)字來表示,多能記錄的色彩是4096x4096x4096約68.7億種。舉例來說,如果某一被攝體,亮部位的亮度是暗部位亮度的400倍,用使用24位感光器件的數(shù)碼相機來拍攝的話,如果按低光部位曝光,則凡是亮度高于256倍的部位,均曝光過度,層次損失,形成亮斑,如果按高光部位來曝光,則某一亮度以下的部位全部曝光不足,如果用使用了36位感光器件的專業(yè)數(shù)碼相機,就不會有這樣的問題。
 
  除此之外,就像我們看視頻分為高清和非高清的分辨率,電化學(xué)眼也可以實現(xiàn)更高成像分辨率。研究人員將傳感器之間的距離縮小到3微米,在人造視網(wǎng)膜上的傳感器是真人眼睛的30倍,而由于納米線感光器在人工視網(wǎng)膜的密度比人類視網(wǎng)膜中的感光細(xì)胞更高,如果將來每個納米線感光器都能與視覺神經(jīng)線連接,人工視網(wǎng)膜將能接受更多光訊號,可以比人類視網(wǎng)膜具有更高解像度的潛力。
 
  資料來源:百科、科普中國

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