新型红外成象仪能穿透烟雾和硅 可帮助自动驾驶汽车在恶劣天气中识别物体

据外媒报道，加州大学圣地亚哥分校（University of California, San Diego）的研究小组设计了新型红外成象仪，可穿透烟雾和硅片，有望帮助自动驾驶汽车在恶劣的天气条件下识别物体。

（图片来源：https://www.azooptics.com/）

该成象仪可探测到部分红外光谱，即处于可见光谱（波长在400到700纳米之间）之外的短波红外光（波长在1000到1400纳米之间）。但短波红外成像与热成像不同，后者检测人体发出的相对较长的红外波长。此种新型红外成象仪的工作原理是将短波红外光照射到目标区域或物体上，然后将反射回该装置的低能量红外光转换成能量更高、波长更短的可见光。

尽管红外成像技术已经存在多年，但大多数系统都很复杂、笨重、昂贵，而且通常需要单独的显示器和摄像头。这些系统通常使用无机半导体制造，昂贵并含有危险元素，如铅和砷。该研究团队设计的新型红外成像仪将显示器和传感器集成到单薄的设备中，使其精简、紧凑，从而解决了这些问题。而且新型红外成像仪使用有机半导体设计，安全、灵活，并具有成本效益。此外，该技术还提供更好的图像分辨率。

此种新型成像仪能更直观地显示1000到1400纳米之间的短波红外光谱，而现有的类似系统通常只能看到1200纳米以下的波长。到目前为止，此款新型成像仪是显示尺寸最大的红外成像仪之一，显示面积为2平方厘米。而且该成像仪采用薄膜工艺制造，不仅更经济，而且易于扩展，制造更大的显示器。

新型成象仪由许多半导体层组成，每一层的厚度都为数百纳米，并相互叠在一起。其中三层由不同的有机聚合物组成，分别是有机发光二极管（OLED）显示层、光电探测器层，以及二者之间的电子阻挡层，它们是成像系统的主要组成部分。光电探测器层通过吸收短波红外光或低能光子产生电流。电流通过OLED显示层，变成可见图像，也就是高能光子。电子阻挡层（中间层）可以防止OLED显示层丢失电流。此种机制使得该设备能够产生更清晰的图像。

这种将低能光子转化为高能光子的过程称为上转换。这一上转换过程是电子的，其优点是可在薄而紧凑的系统中直接实现从红外到可见的转换。在典型的红外成像系统中，上转换不是电子的，需要探测器阵列收集数据，需要计算机处理数据，以及单独的屏幕显示数据，因此大多数现有系统既笨重又昂贵。

该成像仪的另一特点是可以有效地提供电子和光学读数。例如，当研究小组用红外线照射人的手背时，新型成像仪会提供血管的清晰图像，同时捕捉此人的心率。研究人员还利用新型红外成像仪透视硅片和烟雾。在演示中，研究小组在充满烟雾的空间内放置印有“EXIT”字样的光罩。在另一项演示中，他们在硅片背面放置印有“UCSD”字样的光罩。试验发现，红外线可透过硅和烟雾射入，使成像仪观察到这两个字样，这将能帮助自动驾驶汽车在恶劣的天气条件下识别物体。目前，研究小组现在正在探索提高成像仪效率的方法。