用于在复杂环境中高效提取元图像的钙钛矿单像素探测器

信息技术在当代社会发挥着举足轻重的作用，影响着社会沟通、日常生活中的视听娱乐、云计算与物联网在工业生产中的融合等各个方面。

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。

在众多方案中，超表面由于其对不同光自由度的调制而在信息存储方面显示出巨大的潜力。然而，为相关多维数据检索提供紧凑且高效的检测器仍然是一个挑战，特别是在复杂的环境中。

在《光：科学与应用》杂志上发表的一篇新论文中，澳门大学应用物理与材料工程研究所刘红超教授领导的科学家团队及其同事介绍了一种高效的方案双色超表面图像的提取。

他们利用具有不同成分的钙钛矿薄膜设计并制造了双层单像素探测器。随后，他们基于该探测器建立了单像素成像(SPI)系统。

利用钙钛矿器件固有的波长选择性特性及其高检测灵敏度，该系统可以在单轮测量中从重叠的双色超表面图像中熟练地提取与不同波长相对应的图像。更有趣的是，当结合单像素成像的独特优势时，即使在包括散射介质和背景光的复杂环境中，该系统也能准确提取目标颜色的图像。

设计的单像素成像系统简化了提取各种颜色图像的过程。利用这种双色图像提取系统，无需额外的滤光片来隔离不同的波长，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模态。检测器的上部装置设计用于吸收300-600nm波长范围内的光信号，起到自过滤作用。同时，下部器件用于响应600-820nm波长范围内的光信号。

这两层协作在单轮测量中从重叠的双色超表面图像中提取两个不同颜色的图像。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，能够在含有散射介质和背景光的环境中提取清晰的目标图像。

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。“与利用硅基商用相机提取超表面中不同波长存储的信息的传统方案相比，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系统规避了xy双轴移动平台的要求，从而实现了大尺寸图像提取。我们的DIP-SPD中的单像素探测器SPD系统无需移动，快速运行的DMD可在数秒内对物体进行成像，这比传统的光栅扫描单像素成像方法(~1小时)要快得多。

“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光片探测器的优势，可以在单轮测量中提取存储在不同波长下的完整图像信息。”

他们还展望了未来的工作。“通过进一步细化钙钛矿薄膜成分，利用具有三层结构的单像素探测器可以获得目标物体的全彩图像。三个不同的层可以捕获红色、绿色和绿色的图像。分别为蓝色。

“这项工作不仅为提取存储在不同光自由度下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。”

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