基于光电忆阻器的红外机器视觉系统，实现黑暗环境中的运动检测
2026-02-07 17:09:21 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
东北师范大学提出了一种全光调制的光电忆阻器，有望推动高效红外机器视觉系统的未来发展。这种等离子体光电忆阻器为未来红外机器视觉应用中的集成传感、处理和计算功能提供了一个有前景的平台。
红外（IR）机器视觉系统在自动驾驶、安防监控、智能夜视等诸多应用领域已取得显著进展。尽管通过光电混合操作的光电忆阻器研究不断取得突破，但实现一个完全由光调制、且针对红外波段优化的视觉系统仍然十分困难。
据麦姆斯咨询报道，针对上述难题，近日，东北师范大学开发了一种基于碲纳米线（Te NWs）-金纳米颗粒（Au NPs）/ι-卡拉胶（ι-car）薄膜的等离子体光电忆阻器。局域表面等离子体共振辅助的光激发赋予该器件非易失性、红外可编程的电导态，可通过可见光选择性地擦除，从而实现无需电学干预的全光写入/擦除机制。这项工作提出了一种全光调制的光电忆阻器，有望推动高效红外机器视觉系统的未来发展。相关研究成果以“Infrared Machine Vision System Based on Te NWs-Au NPs Plasmonic Optoelectronic Memristor for Motion Detection”为题发表在Advanced Science期刊上。
受生物视觉通路的启发，研究人员开发了一种集成视觉传感和图像处理功能的等离子体光电忆阻器。该忆阻器由Au/Te NWs-Au NPs/ι-car/Au平面结构组成。ι-car聚合物作为柔性且稳定的基底，赋予功能层机械柔性和结构完整性，这些特性对于开发柔性电子器件至关重要。值得注意的是，Te NWs-Au NPs忆阻器表现出优异的周期一致性与器件间一致性，为后续研究中实现类生物功能奠定了稳定的基础。
基于等离子体光电忆阻器的红外视觉系统
为表征光电忆阻器的双向光响应，研究人员系统地评估了其在光刺激下的性能。结果证实，长期增强（LTP）和长期低沉（LTD）的突触行为在980 nm和570 nm光刺激下可以在同一突触器件上可逆地发生，从而实现完全光控的双向可塑性。
光电忆阻器的双向突触行为和逻辑运算
正光电导（PPC）和负光电导（NPC）的机制可归因于光诱导电荷转移和局部表面等离子体共振（LSPR）效应。尺寸适宜的金纳米颗粒增强了UV-vis范围内固定波长可见光的吸收，表现出显著的LSPR响应。为了进一步研究这一现象，研究人员采用时域有限差分法（FDTD）模拟了金纳米颗粒、吸收波长和相应局域电场之间的关系。实验和模拟结果均证实，LSPR效应对支撑该光电忆阻器的工作机制具有关键作用。
所开发的等离子体光电忆阻器的工作机制
受蛇的红外感知机制的启发，所开发的光电忆阻器利用光调制的双向突触行为和红外光敏感性，在黑暗环境中有效实现运动目标与静态背景的区分。
通过全光调制光电忆阻器实现运动检测
为证明光电忆阻器在神经形态计算中的潜力，研究了增强/抑制的特性。得益于ι-car有机聚合物基底固有的机械柔性，所开发的光电忆阻器能够制造适用于可穿戴应用的柔性突触器件。为验证所开发的器件在神经形态视觉应用中的可行性，基于该光学突触构建了三层人工神经网络，用于训练和识别动态图像模式。
基于人工神经网络的动态信息识别
综上所述，研究人员开发了一种基于Te NWs-Au NPs薄膜纳米复合结构的局域表面等离子体共振（LSPR）全光控光电忆阻器。通过利用红外光诱导的正光电导（PPC）效应和可见光诱导的负光电导（NPC）效应，实现了可逆的光驱动的突触调节。得益于优异的光电响应特性，该器件成功模拟了多种突触行为，包括长时程增强（LTP）、配对脉冲易化（PPF）和尖峰时序依赖可塑性（STDP）。此外，通过全光信号突触在光路中实现了光学逻辑运算。所制造的柔性光电忆阻器在扁平、弯曲和折叠状态下均表现出优异的LTP/LTD一致性。利用其双向光调制能力，该器件还展示了在黑暗环境中的强大运动检测能力。最后，基于此突触器件构建的三层人工神经网络（ANN）对图像输入的识别准确率达到91.4%，验证了其在神经形态视觉系统中的适用性。这种等离子体光电忆阻器为未来红外机器视觉应用中的集成传感、处理和计算功能提供了一个有前景的平台。
论文链接：https://doi.org/10.1002/advs.202523162
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