影像傳感器、皮膚水凝膠傳感器這些你都了解多少？

說起數(shù)碼相機(jī)，大概可以分為單反、微單和卡片機(jī)等，從畫幅來分，大概可以分為大畫幅、中畫幅、全畫幅、半畫幅和更小尺寸，比如說4/3英寸、一英寸以及1/1.2英寸或者1/1.7英寸，1/2.3英寸等。從前往后數(shù)，越往后尺幅越小。

很多人都知道，傳感器尺寸越大，則畫質(zhì)越好，因?yàn)榇蠹叶济靼住暗状笠患?jí)壓死人”的道理。但是很多人卻并不知道，同樣的尺寸，不同類型的傳感器其實(shí)在畫質(zhì)、感光度、反應(yīng)速度等各方面都有很大的差異。

今天我們就來深度解析一下關(guān)于影像傳感器和鏡頭方面的問題。

先來說影像傳感器：大家都知道數(shù)碼相機(jī)最重要的三大件就是鏡頭、影像傳感器和影像處理器，影像傳感器在一部數(shù)碼相機(jī)機(jī)身中的作用是至關(guān)重要的，也是決定性的。

影像傳感器從材料來分，目前的傳感器主要有兩類：一類是電荷耦合組件圖像傳感器，也被稱其為CCD，這只傳感器成本較高，主要是工業(yè)用途和軍用。另一種是互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體，也被稱為CMOS，目前主流的民用數(shù)碼相機(jī)都是用的CMOS，包括一些旗艦機(jī)型。

所以平時(shí)大家所說的影像傳感器，其實(shí)就是CMOS，所以今天專門針對(duì)CMOS來說。目前主流的CMOS傳感器，分為前照式、背照式和堆棧式。

前照式傳感器也就是過去多年來一直使用的傳統(tǒng)傳感器。它金屬線路層在光電二極管上方，這種傳感器現(xiàn)在來看是成像質(zhì)量和高感表現(xiàn)最差的一種，一般都用在低端的入門級(jí)單反和微單上面。

而背照式傳感器則是金屬線路層在光電二極管下方，這么做的好處是傳感器不會(huì)因?yàn)榻饘倬€路層的遮擋而損失光線，其光線利用率高出前照式至少30%以上，畫質(zhì)更細(xì)膩，噪點(diǎn)更少。現(xiàn)在的一些高端的單反和微單機(jī)身都是采用背照式傳感器。

“水凝膠傳感器的工作原理是它們產(chǎn)生電壓和電流以對(duì)壓力或觸摸等刺激做出反應(yīng)——我們稱之為壓電效應(yīng)。但我們并不確切知道這些電壓是如何產(chǎn)生的，”該研究的主要作者 Yuta 說Dobashi，他作為 UBC 生物醫(yī)學(xué)工程碩士學(xué)位的一部分開始了這項(xiàng)工作。

在 UBC 研究員設(shè)計(jì)了水凝膠傳感器，其中包含不同大小的正離子和負(fù)離子的鹽。他和 UBC 物理和化學(xué)系的合作者應(yīng)用磁場來精確跟蹤當(dāng)向傳感器施加壓力時(shí)離子是如何移動(dòng)的。

“當(dāng)對(duì)凝膠施加壓力時(shí)，該壓力會(huì)以不同的速度分散液體中的離子，從而產(chǎn)生電信號(hào)。通常較小的正離子比較大的負(fù)離子移動(dòng)得更快。這會(huì)導(dǎo)致離子不均勻產(chǎn)生電場的分布，這就是壓電傳感器工作的原因。”

研究人員說，這一新知識(shí)證實(shí)了水凝膠的工作方式與人類檢測壓力的方式相似，這也是通過移動(dòng)離子來響應(yīng)壓力，激發(fā)了離子皮膚的潛在新應(yīng)用。

“顯而易見的應(yīng)用是制造直接與細(xì)胞和神經(jīng)系統(tǒng)相互作用的傳感器，因?yàn)殡妷骸㈦娏骱晚憫?yīng)時(shí)間就像跨細(xì)胞膜的那些，”UBC 應(yīng)用科學(xué)學(xué)院電氣和計(jì)算機(jī)工程教授 Madden 博士說. “當(dāng)我們將傳感器連接到神經(jīng)時(shí)，它會(huì)在神經(jīng)中產(chǎn)生信號(hào)。反過來，神經(jīng)會(huì)激活肌肉收縮?！?

2021年3月9日，來自浙江大學(xué)的研究團(tuán)隊(duì)利用芯片級(jí)的微納加工工藝，制造了一款可穿戴式莖流傳感器。這款傳感器輕薄如紙，厚度僅0.01毫米，重0.24克，貼在植物葉片上，如同“紋身”一樣。

研究團(tuán)隊(duì)利用先進(jìn)微機(jī)械、材料和納米加工技術(shù)，讓此款傳感器具有超薄、柔軟、可拉伸且重量輕的特點(diǎn)，陽光、氧氣、水和二氧化碳等物質(zhì)能自由通過傳感器，透水、透光、透氣性強(qiáng)，使得傳感器能在不干擾植物自然生長的情況下與其長期共存。

隨后，研究團(tuán)隊(duì)利用莖流傳感器開展了一系列的實(shí)驗(yàn)，他們?cè)谖鞴锨o稈關(guān)鍵幾個(gè)點(diǎn)部署了傳感器，觀察水分在西瓜葉片、果實(shí)、莖稈上等不同器官的動(dòng)態(tài)分配情況。

通過對(duì)西瓜莖稈莖流數(shù)據(jù)的監(jiān)測分析，研究團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)了西瓜果實(shí)生長與光合作用不同步的現(xiàn)象。

在現(xiàn)下生物教科書中，一般認(rèn)為植物生長主要依靠光合作用的能量積累，而夜間以消耗生物量的呼吸作用為主，所以果實(shí)的生長也應(yīng)與植株一樣主要在白天，即與光合作用同步。