仿蛇视觉突破：低成本为普通相机带来4K热成像能力

研究人员受蛇类启发研发出一种上转换器件，可在室温下让标准CMOS传感器实现4K红外成像。这项新突破将类蛇热视觉引入日常相机传感器，推动红外成像向低成本主流应用迈进一步。

蛇类利用特殊颊窝器官在完全黑暗中感知热信号，这种生物学超能力一直是工程师们希望复制的目标。当今红外成像系统虽能实现类似功能，但依赖昂贵材料或笨重的冷却设备，限制了便携性。

作为智能手机和消费级相机核心的标准硅基CMOS传感器虽成本低廉、普及度高，却无法感知短波或中波红外光。这一根本缺陷导致高性能红外成像难以广泛应用于日常生活。

北京理工大学的研究团队现已开发出可弥合这一鸿沟的人工"蛇类视觉"系统。他们将红外-可见光上转换器直接集成到标准CMOS芯片上，在无需昂贵冷却设备的室温条件下实现了4K红外成像。

解锁蛇类视觉

研究团队表示："为赋予人工系统类蛇热感知能力，我们必须克服室温红外探测固有的噪声问题。"为此，他们采用碲化汞胶体量子点构建了"势垒异质结"，通过氧化锌和聚合物形成的屏障层有效阻挡热噪声（暗电流），同时确保信号载流子高效传输。

这使得传感器无需低温冷却即可对短波和中波红外波长保持敏感，与传统红外探测器形成显著区别。团队还创建了共宿主发光结构，将红外信号转换为CMOS可读取的可见光子。通过平衡器件内电子与空穴的运动，大幅提升上转换效率，将微弱红外输入转化为明亮清晰的图像。

实现4K高清成像

将该系统集成到标准8英寸CMOS晶圆后，可获得3840×2160分辨率的红外图像，像素间距仅1.55微米。该系统能透视硅晶圆、检测热分布，并对常规传感器不可见的环境进行成像。

研究团队指出："这项技术为红外成像开辟了低成本高性能路径。"他们将探测范围从可见光扩展至4.5微米红外波段，"使光谱探测宽度提升14倍"，实现了可穿透雾霾的全天候视觉能力。

这项突破应用前景广阔：低成本4K红外视觉可赋能新一代自动驾驶系统、工业检测工具、医疗诊断设备、夜视装备及消费级成像设备，更有望大幅降低目前局限于国防和高预算工业领域的短波/中波红外系统成本。

通过模仿蛇类颊窝器官的生物蓝图并结合半导体制造技术，研究者开启了通向普惠型热视觉的道路，使自然界的非凡感知能力更接近低成本量产硬件的实现。

该项研究成果已发表于《光：科学与应用》期刊。

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