新加坡国立大学开发0.0018度极高角分辨率3D成像传感器
达到0.0018度极高角分辨率的3D成像传感器
（映维网Nweon 2023年05月16日）新加坡国立大学的一个研究小组开发了一种达到0.0018度极高角分辨率的3D成像传感器。这种创新的传感器采用独特的角度到颜色转换原理，使其能够检测X射线到可见光谱的3D光场。
光场包含光线的组合强度和方向，人眼可以对其进行处理以精确检测对象之间的空间关系。然而，传统的光感测技术效果较差。例如，大多数摄像头只能产生二维图像，尽管这对于常规摄影足够，但虚拟现实、自动驾驶汽车和生物成像等先进技术则不然，因为它们需要对特定空间进行精确的3D场景构建。
团队解释道：“目前，光场探测器使用透镜或光子晶体阵列从众多不同的角度获得同一空间的多个图像。然而，将相关元素集成到半导体中进行实际使用既复杂又昂贵。传统技术只能检测紫外线到可见光波长范围内的光场，这导致X射线传感的适用性有限。”
另外，与微透镜阵列等其他光场传感器相比，新加坡国立大学团队的光场传感器具有大于80度的更大角度测量范围，潜在小于0.015度的高角度分辨率，以及0.002 nm至550 nm之间的更宽光谱响应范围。所述规格使得新型传感器能够以更高的深度分辨率捕获3D图像。
新型光场传感器的核心是具有优异光电性能的无机钙钛矿纳米晶体化合物。由于其可控的纳米结构，钙钛矿纳米晶体是有效的发光体，能够激发光谱横跨X射线和可见光。钙钛矿纳米晶体和光线之间的相互作用同时可以通过仔细改变其化学性质或引入少量杂质原子来调节。
新加坡国立大学的研究人员将钙钛矿晶体图案化到透明薄膜基板上，并将其集成到彩色电荷耦合器件（CCD）中，从而将入射光信号转换为彩色编码输出。另外，晶体转换器系统包括光场传感器的基本功能单元。
当入射光入射到传感器上时，纳米晶体就会激发。反过来，钙钛矿单元根据入射光线入射的角度以不同的颜色发射自己的光。CCD捕获发射的颜色，然后可以用于3D图像重建。
团队补充道：“然而，单个角度值不足以确定对象在三维空间中的绝对位置。我们发现，添加另一个垂直于第一个探测器的基本晶体转换器单元，并将其与设计的光学系统相结合，这可以提供更多关于对象的空间信息。”
然后，他们在概念验证实验中测试了光场传感器，并发现他们的方法确实可以通过精确重建1.5米外对象的深度和尺寸来捕获3D图像。
他们的实验同时证明，这种新型光场传感器可以支持非常精细的细节，例如，创建一个计算机键盘的精确图像，甚至可以捕获单个键的浅突起。
在展望未来的研究时，他们将继续探索提高光场传感器空间精度和分辨率，例如使用高端彩色探测器。
相关论文：X-ray-to-visible light-field detection through pixelated colour conversion
研究人员表示：“我们将探索更先进的技术，在透明基板上更密集地图案化钙钛矿晶体，而这可能会带来更好的空间分辨率。另外，使用钙钛矿以外的材料同时可能扩大光场传感器的检测光谱。”
