近年來三維信息感知在機(jī)器視覺、深空成像以及醫(yī)療診斷方面具備廣泛的應(yīng)用前景，包含物體深度信息的三維信息感知能夠更加全面地感知物體的形態(tài)與光學(xué)特征。然而三維感知系統(tǒng)通常需要額外集成主動式光源或者被動式多目相機(jī)，通過記錄光子飛行時(shí)間或者通過結(jié)構(gòu)光衍射、相位分布以及多角度反射，實(shí)現(xiàn)深度維度的感知與重構(gòu)，這將導(dǎo)致成像系統(tǒng)面臨集成復(fù)雜以及高成本制備等挑戰(zhàn)，制約了三維成像系統(tǒng)的微型集成化發(fā)展。

鑒于此，中國科學(xué)院半導(dǎo)體研究所王麗麗研究員團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種新型極性轉(zhuǎn)換異質(zhì)結(jié)光電晶體管集成陣列，用于三維信息感知與重構(gòu)（圖1）。該光電晶體管集成陣列的基本像素單元由可重構(gòu)的四端異質(zhì)結(jié)和門控晶體管構(gòu)成，通過異質(zhì)結(jié)底部柵極調(diào)控和半導(dǎo)體兩側(cè)電極激活調(diào)控，該光電異質(zhì)結(jié)能夠?qū)崿F(xiàn)從n型向雙極型或p型的電學(xué)極性轉(zhuǎn)變，并且使光電異質(zhì)結(jié)具備用于靜態(tài)成像的恒定響應(yīng)感知以及用于動態(tài)成像的時(shí)間分辨響應(yīng)增強(qiáng)的雙功能，構(gòu)成了可實(shí)施三維感知重構(gòu)的器件特性與功能基礎(chǔ)。

圖1：三維感知光電異質(zhì)結(jié)晶體管陣列硬件與算法架構(gòu)、三維信息感知與應(yīng)用驗(yàn)證

光電異質(zhì)結(jié)晶體管陣列采用四端架構(gòu)陣列設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)動靜態(tài)物體形態(tài)感知與記憶，并利用視差原理構(gòu)建深度場重構(gòu)方法，基于尺度不變特征轉(zhuǎn)變（SIFT）的快速檢測算法，對光電異質(zhì)結(jié)集成陣列感知記憶的物體運(yùn)動信息進(jìn)行三維重構(gòu)。該光電異質(zhì)結(jié)晶體管集成陣列能夠?qū)崿F(xiàn)物體的多視角三維形態(tài)重構(gòu)、二維深度場映射以及多視角耦合重構(gòu)等功能。此外，研究團(tuán)隊(duì)利用該光電異質(zhì)結(jié)集成系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對眼球形態(tài)的感知與重構(gòu)，驗(yàn)證了該系統(tǒng)的三維重構(gòu)功能在眼球角膜病變檢測的應(yīng)用可行性。

上述研究成果以“A reconfigurable heterostructure transistor array for monocular 3D parallax reconstruction”為題，發(fā)表于《自然·電子》（Nature Electronics）。半導(dǎo)體所博士后李哲新為論文的第一作者，半導(dǎo)體所婁正研究員與王麗麗研究員為論文的通訊作者。

該項(xiàng)工作得到了中國科學(xué)院高層次人才項(xiàng)目、國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目、中國科學(xué)院青年創(chuàng)新促進(jìn)會、紅外物理全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室開放基金等項(xiàng)目資助。