科大研發高解像度仿生眼

香港科技大學（科大）最近研發出一款高解像度仿生眼，成功將全彩成像、逾160度的像差校正廣角視野，以及事件驅動的運動感知功能，整合於半球形的人工視網膜之中。該系統模仿生物眼睛的曲面視網膜結構，為未來機械人及自主系統提供微型視覺感測的創新方案，讓機器在捕捉周遭環境資訊的同時，大幅減少運動辨識所需的數據處理量。

此項研究由科大電子及計算機工程學系、化學及生物工程學系講座教授、顯示與光電子全國重點實驗室主任范智勇教授帶領。團隊開發出嶄新的三維激光加工技術，成功在半球形表面製造出高密度感光像素陣列，並構建出像素密度高達每英吋1,905像素（ppi）、總像素達367,500個的半球形串疊人工視網膜，為曲面影像感測器的發展帶來重大突破。相關研究成果日前已於國際學術期刊《自然・材料》上發表，論文題為「An aberration-corrected bionic eye for full-color vision and event-driven motion detection」。

曲面人工視網膜的技術突破

視覺感測器是機器感知環境及與外界互動的重要元件。傳統相機一般採用平面影像感測器，須依賴多組光學元件及外部處理校正像差。這類設計不僅增加系統的體積及複雜度，亦會降低能源效益並限制視野。

曲面影像感測器是機器感知的另一重要發展方向。透過仿照生物視網膜的幾何結構，該技術有望以更緊湊的設計實現廣角成像，並提升光學表現。然而，傳統光刻技術主要針對平面基底而設計，要在高度彎曲的表面製造密集像素陣列，技術難度極高。

為突破這項限制，科大團隊研發出適用於半球形基底的三維激光加工方法，讓器件的像素規模得以大幅提升，由團隊於2020年在《自然》發表研究時所展示的100個像素，大幅提升至是次研究的367,500個，為半球形視覺感測器邁向實際應用奠定了重要基礎。

范教授表示：「團隊在2020年研發第一代仿生眼僅具備100個感測像素。在這個最新研究中，我們進一步開發出三維激光輔助製造技術，將新型仿生眼的感測像素陣列規模擴大至近40萬個，同時兼具160度超廣角視野及事件驅動的運動偵測功能。我相信團隊未來有望開發擁有逾百萬個感測像素的下一代仿生眼，為機器人及自動駕駛領域實際應用開拓更廣闊的發展空間。」

結合全彩成像與廣角視野 大幅減少運動感知數據

新型仿生眼採用半球形串疊人工視網膜，整合對藍、綠及紅三色光敏感的感光層，可實現全彩成像，整體光譜響應範圍涵蓋300至800納米。系統更可在超過160度的寬廣視場內實現像差校正成像。透過結合高像素密度、色彩感知與廣角成像，團隊成功在單一技術上整合了微型人工視覺所需的多項關鍵功能。

除了獲取影像，串疊式設計亦賦予系統「事件驅動」運動感知功能。傳統影格式方法需要持續分析並處理連續的完整影像，才能從中提取運動資訊；新系統則可直接感知影像中的動態變化，毋須在測試任務中傳輸完整影像。在研究設定的測試條件下，新技術的數據傳輸需求較傳統影格式成像方法大幅降低逾99.95%，同時保持高達98.6%的運動辨識準確率。

研究結果展現了新技術在感測器層面整合影像獲取與運動感知的龐大發展潛力。這項技術突破有望協助未來機械人及自主系統在掌握關鍵動態資訊的同時，大幅降低視覺數據的傳輸量及運算負荷，為未來「機器視覺」的發展奠定重要基礎。

是次論文第一作者為科大電子及計算機工程學系博士畢業生及前博士後研究員龍正浩博士（現為復旦大學助理教授），唯一通訊作者為范智勇教授；研究亦獲科大（廣州）訾雲龍教授合作參與。