近年來三維信息感知在機器視覺、深空成像以及醫(yī)療診斷方面具備廣泛的應用前景，包含物體深度信息的三維信息感知能夠更加全面地感知物體的形態(tài)與光學特征。然而三維感知系統(tǒng)通常需要額外集成主動式光源或者被動式多目相機，通過記錄光子飛行時間或者通過結構光衍射、相位分布以及多角度反射，實現(xiàn)深度維度的感知與重構，這將導致成像系統(tǒng)面臨集成復雜以及高成本制備等挑戰(zhàn)，制約了三維成像系統(tǒng)的微型集成化發(fā)展。

鑒于此，中國科學院半導體研究所王麗麗研究員團隊開發(fā)了一種新型極性轉換異質結光電晶體管集成陣列，用于三維信息感知與重構（圖1）。該光電晶體管集成陣列的基本像素單元由可重構的四端異質結和門控晶體管構成，通過異質結底部柵極調控和半導體兩側電極激活調控，該光電異質結能夠實現(xiàn)從n型向雙極型或p型的電學極性轉變，并且使光電異質結具備用于靜態(tài)成像的恒定響應感知以及用于動態(tài)成像的時間分辨響應增強的雙功能，構成了可實施三維感知重構的器件特性與功能基礎。

圖1：三維感知光電異質結晶體管陣列硬件與算法架構、三維信息感知與應用驗證

光電異質結晶體管陣列采用四端架構陣列設計實現(xiàn)動靜態(tài)物體形態(tài)感知與記憶，并利用視差原理構建深度場重構方法，基于尺度不變特征轉變（SIFT）的快速檢測算法，對光電異質結集成陣列感知記憶的物體運動信息進行三維重構。該光電異質結晶體管集成陣列能夠實現(xiàn)物體的多視角三維形態(tài)重構、二維深度場映射以及多視角耦合重構等功能。此外，研究團隊利用該光電異質結集成系統(tǒng)實現(xiàn)對眼球形態(tài)的感知與重構，驗證了該系統(tǒng)的三維重構功能在眼球角膜病變檢測的應用可行性。

上述研究成果以“A reconfigurable heterostructure transistor array for monocular 3D parallax reconstruction”為題，發(fā)表于《自然·電子》（Nature Electronics）。半導體所博士后李哲新為論文的第一作者，半導體所婁正研究員與王麗麗研究員為論文的通訊作者。

該項工作得到了中國科學院高層次人才項目、國家自然科學基金項目、中國科學院青年創(chuàng)新促進會、紅外物理全國重點實驗室開放基金等項目資助。