钙钛矿单像素探测器用于复杂环境中元图像的高效提取
发布时间：2024-02-08 03:00:06 阅读数： 151
a.在散射介质存在的情况下，超表面重建叠加双色图像的商用相机成像示意图。b.在散射介质存在下，超表面重建的叠加双色图像的DIP-SPD单像素成像示意图。QWP:四分之一波片;DMD:数字微镜装置。学分:光:科学与应用(2023)。DOI: 10.1038/s41377-023-01311-2信息技术在当代社会中扮演着举足轻重的角色，影响着社会传播、日常生活中的视听娱乐、工业生产中的云计算与物联网的融合等方方面面。
这些场景与信息技术有着错综复杂的联系。作为信息技术的一部分，信息数据的处理受到高度重视。海量的信息数据促使人们探索更有效的数据存储和提取方法。
在众多的方案中，超表面由于其对光的不同自由度的调制而在信息存储方面显示出巨大的潜力。然而，为相关的多维数据检索提供紧凑高效的检测器仍然是一个挑战，特别是在复杂的环境中。
澳门大学应用物理与材料工程研究所刘洪超教授及其同事在《光:科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，介绍了一种提取双色超表面图像的有效方案。
他们利用不同成分的钙钛矿薄膜设计并制造了一种双层单像素探测器。随后，他们建立了基于该探测器的单像素成像(SPI)系统。
利用钙钛矿器件固有的波长选择特性，以及其高检测灵敏度，该系统在单轮测量中熟练地从重叠的双色超表面图像中提取对应不同波长的图像。更有趣的是，结合单像素成像的独特优势，该系统即使在包括散射介质和背景光在内的复杂环境中也能准确地提取目标颜色的图像。
所设计的单像素成像系统简化了提取各种颜色图像的过程。使用这种双色图像提取系统，不需要额外的滤波器来分离不同的波长，从而降低了系统组件的成本和图像提取所需的时间。
双色超表面图像提取系统的核心在于双层集成钙钛矿单像素探测器和单像素成像方式。探测器的上端装置用于吸收300 - 600nm波长范围内的光信号，起到自滤波的作用。同时，下部器件用于响应600 ~ 820 nm波长范围内的光信号。
这两层协同工作，在单轮测量中从重叠的双色超表面图像中提取两幅不同颜色的图像。此外，单像素成像方式拓宽了双色图像提取系统的应用场景，可以在含有散射介质和背景光的环境中提取清晰的目标图像。
传统相机(DIP-SPD)在无散射介质的黑暗环境下的成像结果。传统相机(DIP-SPD)在有散射介质的黑暗环境下的成像结果。传统相机(DIP-SPD)在有背景光环境下的成像结果。g在散射介质和背景光同时存在的环境下DIP-SPD的成像结果。学分:光:科学与应用(2023)。DOI: 10.1038/s41377-023-01311-2这些科学家将他们的工作与其他现有的图像提取方案进行了比较。“与传统的利用硅基商用相机提取存储在超表面的不同波长信息的方案相比，我们的DIP-SPD可以在具有散射介质和背景光的复杂环境中清晰地提取双色图像。”
“与使用单像素钙钛矿探测器进行点扫描的图像提取方案不同，我们的DIP-SPD系统绕过了对x-y双轴移动平台的要求，实现了大尺寸图像提取。我们的DIP-SPD系统中的单像素探测器不需要移动，通过快速运行的DMD可以在几秒钟内对物体成像，比传统的光栅扫描单像素成像方法(~1小时)快得多。
“与用于彩色成像的钙钛矿SPI探测器相比，我们的DIP-SPD展示了其作为紧凑型无滤波器探测器的优势，可以在单轮测量中提取存储在不同波长的完整图像信息。”
他们还设想了未来的工作。“通过进一步改进钙钛矿薄膜成分，可以利用具有三层结构的单像素探测器获得目标物体的全彩图像。三种不同的图层可以分别捕获红、绿、蓝三种颜色的图像。
“这项工作不仅为提取存储在不同自由度光中的超表面图像提供了思路，而且为钙钛矿材料的彩色成像应用铺平了道路。”
