据外媒报道，新加坡国立大学（NUS）理学院的一个研究团队在化学系教授Liu Xiaogang的领导下，研发了一款具有极高角分辨率的3D成像传感器，其作为一种光学仪器，能够分辨物体上被角距离小至0.0018o隔开的点。此种创新传感器采用独特的角度颜色转换原理，能够探测X射线至可见光光谱范围内的3D光场。
Liu Xiaogang教授（右）与Yi Luying博士（左）（图片来源：新加坡国立大学）
光场包含光线的组合强度与方向，人眼可以对其进行处理，以精确地探测物体之间的空间关系。不过，传统的光传感器技术效率较低。例如，大多数摄像头只能产生二维图像，对于普通摄影而言足够，但对于虚拟现实、自动驾驶汽车和生物成像等更高级的应用来说还不够。此类应用都需要精确构建特定空间的3D场景。
例如，自动驾驶汽车可以利用光场感知查看街道，以更精确地评估道路危险，从而相应地调整车速。光场传感还能够让外科医生准确地对病人不同深度的解剖结构进行成像，让他们能够做出更精确的手术切口，更好地评估病人的受伤风险。
Liu教授解释：“目前，光场探测器采用透镜阵列或光子晶体从许多不同角度获取同一个空间的多个图像。然而，将此类元素集成至半导体中十分复杂且昂贵。传统的技术只能探测到紫外线至可见光波长范围内的光场，限制其应用于X射线传感中。”
此外，与透镜阵列等其他光场传感器相比，NUS团队的光场传感器的角度测量范围更大，超60度，具有高角度分辨率（对于较小的传感器而言，分辨率可能低于0.015度），以及更宽的光谱响应范围（0.002nm至550nm之间）。此类规格让该款新型传感器能够以更高的深度分辨率捕捉3D图像。
该款新型光场传感器的核心是无机钙钛矿纳米晶体，一种具有优异光电性能的化合物。由于具有可控的纳米结构，钙钛矿纳米晶体是高效的光发射器，其激发光谱横跨X射线至可见光。还可以通过仔细改变其化学性质或引入少量杂质原子来调节钙钛矿纳米晶体与光线之间的相互作用。
在紫外光照射下，由纳米晶体磷光体组成的大规模角度传感结构（图片来源：新加坡国立大学）
NUS研究人员将钙钛矿晶体绘制到一个特别的薄膜基底上， 并将其集成至彩色电荷耦合器件（CCD）中，将入射光信号变成彩色编码输出。此种晶体转换系统由光场传感器的基本功能单元组成。
当入射光线照到该传感器上时，纳米晶体会被激发。反过来，该钙钛矿单元能够根据入射光线照射的角度发出不同颜色的光。CCD捕捉发射出的颜色，然后将其用于重建3D图像。
NUS化学系研究员、该论文的第一作者Yi Luying博士分享道：“然而，一个单一的角度值不足以确定物体在一个三维空间中的绝对位置。我们发现，添加另一个垂直于第一个探测器的基本晶体转换单元，并将其与设计好的光学系统相结合，可以提供更多有关该问题的空间信息。”
然后，他们在概念验证实验中测试了该光场传感器，并发现该方法可以捕获1.5米外物体的3D图像，精确地重建物体的深度与尺寸。
他们的实验还证明了此种新型光场传感器甚至可以分辨非常精细的细节。例如，可重建计算机键盘的精确图像，甚至捕捉到单个键浅浅凸起的状态。
3D光场传感器的设计（图片来源：新加坡国立大学）
Liu教授及其团队正在研究方法，以提高光场传感器的空间精度与分辨率，例如，采用更高端的色彩探测器。该团队还为该技术申请了国际专利。
Liu教授表示：“我们还会探索更先进的技术，以将钙钛矿晶体更密集地绘制在透明基底上，可能会实现更好的空间分辨率。采用除了钙钛矿之外的材料也有望扩大光场传感器的探测光谱范围。”
