吉林大学孙洪波课题组最新Nature Communication

一、导读

昆虫复眼（CEs）是由紧密排列的不定数量小眼（ommatidia）构成的一种复杂和先进的成像系统，而每个小眼都是一个细小的独立感光组织，大量小眼互相合作构成一个整体来识别猎物以及防范天敌。同时昆虫复眼具有紧凑的结构、无失真、较高的视场角及敏感的运动追踪能力，启发了人工复眼的进一步研究。在过去的十年，人们投入了大量的精力通过仿生制造来开发人工复眼成像系统。其中平面复眼相机（CEs）首先将微透镜阵列（MLA）和商业CCD/CMOS 探测器结合实现了高分辨率，但是由于其平面结构导致视场角受限。为此，通过微纳米制造技术，人们开发出了具有昆虫结构的三维CEs。而由于缺乏集成光电探测器大大限制了其便携性及实时监测能力。因此，小眼与探测器形成的曲面分布的相机阵列用于集成的CEs成像系统就应运而生。但是，由于CE和现有的图像传感器不兼容，使得缩小CEs系统成为了难题。

二、成果掠影

复杂的三维CEs结构和现有的图像传感器之间的不适配，使得光电CEs相机的尺寸化及功能性发展受限，吉林大学孙洪波课题组通过飞秒激光双光子聚合法制备出具有90-160对数型小眼微型光电集成的CEs相机。该CEs相机解决了传统的失焦问题，提高了景深、聚焦和视场角等，还能进行空间位置识别及移动目标检测。第一作者为Zhi-Yong Hu，通讯作者为孙洪波教授，相关文章以“Miniature optoelectronic compound eye camera”发表在Nature Communications上。

三、核心创新点

制备出了具有集成广电系统的复眼相机系统，对数型的复眼系统大大增加了景深，克服了失焦等问题，同时实现了大视野成像和微生物的实时监测。

四、数据概览

图一：光电复眼相机的设计与制备 ©2022 The authors

图二：球形及对数型复眼的对比 ©2022 The authors

图三：对数型复眼的FOV和方向角敏感性的测试 ©2022 The authors

图四：光电复眼相机的成像能力©2022 The authors

图五：应用于活体微生物上的单片相机 ©2022 The authors

五、成果启示

复眼相机具有体积小，重量轻，便于携带及多方向成像性的优势，使其在机器人视觉、医疗、导航等领域具有重大发展前景。本文对比了球形及对数型复眼相机的性能，相比之下，对数型的复眼相机景深及聚焦范围都有所提升，且可以有效的避免失焦。同时，制备出的CEs可以进行独立成像、空间位置识别，对移动目标的轨迹检测的高灵敏性监测，且具有较大的视场角，尺寸小等优势，为微生物群体实时监测提供了指导。

原文链接：https://www.nature.com/articles/s41467-022-33072-8