蛇类利用特殊的颊窝器官在完全黑暗的环境中探测热信号，这种生物超能力一直是工程师们梦寐以求想要复制的。如今的红外成像系统也能实现类似的功能，但往往需要昂贵的材料或笨重的冷却硬件，从而限制了便携性。

而智能手机和消费级相机的核心——标准硅CMOS传感器，则价格低廉且应用广泛。但它们无法看到短波或中波红外光。这一根本性的缺陷使得高性能红外成像技术在大多数应用领域难以普及。

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据外媒报道，北京理工大学的科学家们开发出一种人工“蛇形视觉”系统，将红外到可见光的上转换器直接集成到标准CMOS芯片上，从而实现了在室温下进行4K红外成像，且无需昂贵的冷却装置。

解锁蛇形视觉

研究人员表示：“为了赋予人工系统类似蛇的热感知能力，我们必须克服室温红外探测中固有的噪声问题。”

为了解决这个问题，研究团队利用碲化汞胶体量子点构建了一种“势垒异质结”。额外的氧化锌层和聚合物层形成了一个势垒，可以阻挡热噪声或暗电流，同时仍然允许信号载流子高效传输。

这使得传感器无需低温冷却即可对短波红外（SWIR）和中波红外（MWIR）波长保持敏感，这与传统的红外探测器截然不同。

他们还设计了一种共封装发光结构，用于将红外信号转换为CMOS可读取的可见光光子。

通过平衡器件内部电子和空穴的运动，该团队显著提高了上转换效率，将微弱的红外输入转化为明亮清晰的图像。

实现4K超高清画质

该系统集成到标准的8英寸CMOS晶圆上后，能够以3840 × 2160的分辨率捕捉红外图像，像素间距仅为1.55微米。它能够穿透硅晶圆，探测热分布，并对通常无法被标准传感器探测到的环境进行成像。

“这项技术为红外成像开辟了一条低成本、高性能的途径，”研究团队表示。

他们补充道，将探测范围从可见光扩展到4.5微米，“光谱范围扩大了14倍”，使其能够实现全天候成像，并穿透雾霾和烟雾。

低成本的4K红外视觉技术有望应用于下一代自动驾驶系统、工业检测工具、医疗诊断、夜视设备以及消费级成像设备。它还能大幅降低目前仍局限于国防和高预算工业领域的短波红外（SWIR）和中波红外（MWIR）系统的成本。

研究人员通过模仿蛇窝器官的生物结构，并将其与半导体制造技术相结合，开辟了一条真正普及的热成像之路。该研究成果使自然界非凡的感知能力更接近于低成本、可大规模生产的硬件。