吉林大學孫洪波課題組最新Nature Communication

一、導讀

昆蟲復眼（CEs）是由緊密排列的不定數量小眼（ommatidia）構成的一種復雜和先進的成像系統，而每個小眼都是一個細小的獨立感光組織，大量小眼互相合作構成一個整體來識別獵物以及防范天敵。同時昆蟲復眼具有緊湊的結構、無失真、較高的視場角及敏感的運動追蹤能力，啟發了人工復眼的進一步研究。在過去的十年，人們投入了大量的精力通過仿生制造來開發人工復眼成像系統。其中平面復眼相機（CEs）首先將微透鏡陣列（MLA）和商業CCD/CMOS 探測器結合實現了高分辨率，但是由于其平面結構導致視場角受限。為此，通過微納米制造技術，人們開發出了具有昆蟲結構的三維CEs。而由于缺乏集成光電探測器大大限制了其便攜性及實時監測能力。因此，小眼與探測器形成的曲面分布的相機陣列用于集成的CEs成像系統就應運而生。但是，由于CE和現有的圖像傳感器不兼容，使得縮小CEs系統成為了難題。

二、成果掠影

復雜的三維CEs結構和現有的圖像傳感器之間的不適配，使得光電CEs相機的尺寸化及功能性發展受限，吉林大學孫洪波課題組通過飛秒激光雙光子聚合法制備出具有90-160對數型小眼微型光電集成的CEs相機。該CEs相機解決了傳統的失焦問題，提高了景深、聚焦和視場角等，還能進行空間位置識別及移動目標檢測。第一作者為Zhi-Yong Hu，通訊作者為孫洪波教授，相關文章以“Miniature optoelectronic compound eye camera”發表在Nature Communications上。

三、核心創新點

制備出了具有集成廣電系統的復眼相機系統，對數型的復眼系統大大增加了景深，克服了失焦等問題，同時實現了大視野成像和微生物的實時監測。

四、數據概覽

圖一：光電復眼相機的設計與制備 ?2022 The authors

圖二：球形及對數型復眼的對比 ?2022 The authors

圖三：對數型復眼的FOV和方向角敏感性的測試 ?2022 The authors

圖四：光電復眼相機的成像能力?2022 The authors

圖五：應用于活體微生物上的單片相機 ?2022 The authors

五、成果啟示

復眼相機具有體積小，重量輕，便于攜帶及多方向成像性的優勢，使其在機器人視覺、醫療、導航等領域具有重大發展前景。本文對比了球形及對數型復眼相機的性能，相比之下，對數型的復眼相機景深及聚焦范圍都有所提升，且可以有效的避免失焦。同時，制備出的CEs可以進行獨立成像、空間位置識別，對移動目標的軌跡檢測的高靈敏性監測，且具有較大的視場角，尺寸小等優勢，為微生物群體實時監測提供了指導。

原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-33072-8