可见光自适应传感器，实现自适应超分辨率图像重建

当前红外探测技术主要依赖于晶体硅及III-V族化合物半导体光电二极管和光电晶体管，虽具备高灵敏度和快速响应等优势，但其窄谱响应、复杂制备工艺以及与硅基电子系统兼容性受限，已成为制约其在自主传感、沉浸式视觉计算和光谱自适应机器视觉等前沿领域进一步发展的关键瓶颈。为突破上述限制，研究者积极探索兼具宽带红外响应、低温可加工性和硅基工艺兼容性的替代材料。其中，薄膜氧化物半导体因其环境稳定性和大面积制备潜力受到关注，但多数材料因带隙较宽而难以实现有效的红外响应。相比之下，p型氧化碲（TeOx）凭借其可调亚1 eV光学带隙、无序晶格结构以及可通过室温真空沉积工艺实现低成本CMOS兼容制备，而成为有前景的候选材料。

近日，香港城市大学、北京理工大学和湖南大学的研究团队提出了一种基于碲亚氧化物（TeOₓ）的红外光晶体管，用于自适应超分辨率图像重建。研究团队通过无机共混策略制备了p型无序TeOₓ薄膜，实现了本征红外光响应与可调电子特性；在此基础上集成发光介质层，构建了红外光-可见光自适应传感器（IVAS），利用协同电荷转移与光子级联二次激发机制，实现了宽带探测与存储功能。更为关键的是，将红外光作为动态控制信号，直接转化为器件电导变化，用于调制可见光图像处理中的权重，从而在单一器件中融合控制与计算过程，实现原位自适应权重更新。该红外光驱动自适应机制在复杂光照条件下的超分辨图像重建中得到验证，IVAS使系统性能显著提升，峰值信噪比提高至27.55 dB，结构相似性指数提升至0.94，平均绝对误差降低13.8%。相关研究成果以“Tellurium Sub-Oxides Infrared Phototransistors for Adaptive Super-Resolution Image Reconstruction”为题发表在Advanced Materials期刊上。

图1系统性展示了IVAS的整体设计理念及其在超分辨图像重建中的工作机制。尤为关键的是，该图揭示了红外光作为“控制信号”直接调制器件电导，从而实现卷积权重的动态更新，使网络参数能够随环境光照自适应调整。

图1 IVAS架构设计与红外光驱动自适应超分辨传感概念

图2从微观结构与化学组成层面系统解析了p型无序TeOx薄膜的形成机制与物理本质。表征结果从材料物理层面奠定了TeOx具备可调电输运、强亚带隙吸收及红外光响应能力的内在根源，是后续器件功能实现的材料基础。

图2 p型无序TeOₓ薄膜的结构起源及表征

图3聚焦于IVAS中发光介质层与TeOx通道之间的协同光电作用，系统揭示了宽带光响应与非易失光电记忆的形成机制。这种“光子回收–电荷转移”耦合机制，使IVAS在保持高灵敏探测的同时具备稳定的光电记忆能力，为其作为硬件权重单元提供了物理支撑。

图3 发光介质层诱导的级联激发与光电记忆机制

图4重点展示了IVAS在红外光与可见光协同作用下的电导调控能力及其可编程特性，结果证明了IVAS并非简单光探测器，而是具备环境感知与动态调控能力的自适应光电子单元。

图4 红外光–可见光协同调控与多级电导可调谐

图5从系统与应用层面验证了IVAS在真实图像超分辨任务中的优势。验证结果表明，IVAS所引入的红外光驱动自适应机制不仅是器件层面的创新，更在算法–硬件协同层面为复杂光照环境下的智能机器视觉提供了切实可行的解决方案。

图5 红外光驱动权重优化的自适应超分辨重建

综上所述，这项研究提出的基于TeOₓ的IVAS阵列通过红外光驱动的动态权重调制，为实现高效超分辨成像提供了一种全新范式。该体系基于p型TeOx通道与发光介质层的协同耦合，实现了卷积权重随光照环境动态调节，从而在不同光照条件下保持稳健的特征提取能力，显著提升了图像重建质量。随着智能化、自适应成像需求的不断增长，IVAS展现出将先进功能材料与新型计算架构深度融合、推动下一代机器视觉系统发展的重要潜力。