复眼传感器 中国复眼与天眼：两种深空望远镜的不同之处是什么？
中国复眼与天眼：两种深空望远镜的不同之处是什么？
作为人类的领域不断扩展，我们对宇宙的探索和了解也在不断深入。而复眼望远镜与天眼望远镜，作为两种重要的深空探测工具，各具特色。复眼望远镜以其独特的设计与双目观测功能，为我们揭示了宇宙的更多奥秘，而天眼望远镜则以其巨大的尺寸和高灵敏度，成为了人类窥探宇宙的利器。然而，这两种望远镜在设计原理、观测范围以及科学研究中的作用有何不同呢？
学习自然之智慧：中国复眼与天眼的共同点与差异
复眼和天眼都具有独特的结构。复眼是昆虫的视觉器官，由许多小的、相对独立的单元，称为单眼。这些单眼具有独立的镜头和光受体。而天眼是脊椎动物中一种特殊的眼睛，由凹显微镜状的视网膜组成，能够接收光信号并转化为神经冲动。虽然复眼和天眼在结构上有所不同，但它们都能实现感知光线和传递视觉信息的功能。
复眼和天眼在视觉图像的分辨率上存在差异。复眼由许多单眼组成，每个单眼只能感知到一小块图像，因此复眼的分辨率相对较低。然而，复眼对运动的感知能力非常出色，因为由于多个单眼同时接收图像信息，昆虫能够准确地感知到物体的运动轨迹。相比之下，天眼的分辨率较高，可以清晰地看到细节。脊椎动物凭借天眼可以识别物体的形状和颜色，并对其做出更加准确的判断。
复眼和天眼的适应环境也有所不同。复眼主要存在于昆虫中，例如蜜蜂、苍蝇等，它们多生活在复杂的自然环境中。复眼具有大视场和高灵敏度，能够同时感知周围的许多事物，以便更好地适应复杂的环境。天眼则主要存在于脊椎动物中，如鸟类和哺乳动物。它们生活在不同的环境中，具有更高的视觉要求，以便追踪和定位目标。
复眼和天眼在进化过程中也有不同的发展路径。复眼在昆虫中具有非常长久的进化历史，是昆虫适应外界环境的重要手段之一。相比之下，天眼是脊椎动物进化后期才出现的，为脊椎动物提供了更精细和高效的视觉体验。
中国复眼的优势与特点：透视深空的新视野
中国复眼具有广角视野的优势。一只蜜蜂的复眼拥有约2万个单元，这些单元对光线的敏感度和处理速度非常高。相对于人类的双眼，复眼能够看到更广阔的视野，从而能够更好地适应各种环境。
在这方面，中国的科学家们提出了一种新的复眼设计理念，通过增加单元的数量和调整其分布，从而进一步扩大复眼的视野范围。这项研究有望为无人机、机器人和监控系统的视觉感知提供更加全面准确的信息。
中国复眼具有高分辨率的特点。由于复眼中的每个单元都是一个独立的感光器官，因此它们可以同时接收并处理不同的光信号。与此相对，人类的双眼只能同时注视一个焦点，因此无法完全感知复杂的图像细节。
中国的科学家们通过将多个单元聚集在一起，形成超复眼结构，进一步提高了复眼的分辨率和图像重建的准确性。这一研究成果将大大拓展复杂环境下视觉信息的采集与分析能力，有助于推动图像识别、智能交通和生物医学等领域的发展。
中国复眼具有快速反应的特点。每个复眼单元都能够对光信号的变化做出快速的反应，这使得复眼在快速运动和快速变化的环境中具有更优秀的表现。中国科学家们模仿复眼的结构和功能，开发出了一种高速视觉传感器技术。这种技术可以迅速捕捉物体的移动和变化，为机器人导航、自动驾驶和机器视觉研究提供了重要的工具。
天眼的奇妙能力：探索宇宙的新里程碑
天眼的奇妙能力不仅带来了天文学的突破，还成为科学家研究外星生命的焦点。这个状似一个大碗的巨型望远镜是由5000块铝制三角形面板组成的，能够通过射电波探测到远离地球数光年的星系。这项技术为天文学家提供了详细的天文数据和质量测量，从而增加了深入理解宇宙的机会。
除了探索外太空，天眼也帮助科学家更好地了解地球自身，深入研究地球和宇宙之间的相互关系。尤其是在地球科学领域，天眼可以帮助科学家研究地球上的电离层、电磁层和磁层，从而了解地球磁场的复杂性以及地球的磁性演变过程。这些研究有助于提高对地球变化和灾害的预测能力，从而促进人类社会的可持续发展。
另一个天眼的突出贡献是通过探索射电脉冲星来研究引力理论和宇宙膨胀的势头。通过记录射电脉冲星的射电信号，科学家可以定量测量引力场的效应和宇宙膨胀的速度。这项研究提供了更详细的宇宙模型，并为人类了解宇宙演化提供了更清晰的线索。
除了科学研究外，天眼也起到了教育和科普的作用。它吸引了越来越多的游客和学者来此参观，感受宇宙的神秘和无限。人们可以近距离观察这个雄伟的望远镜，了解宇宙的奥秘以及人类在探索宇宙方面所取得的成就。天眼也定期举办天文学讲座和观测活动，让公众更加了解天文学知识，激发对科学的兴趣和探索的热情。
中国复眼与天眼是两种不同类型的深空望远镜，它们在技术原理和应用范围上存在明显差异。中国复眼采用了多个小型望远镜组成的阵列，利用巧妙的观测角度和数据处理技术，可以实现高精度的天体观测。
而天眼则是一种巨型射电望远镜，具有极高的灵敏度和分辨率，主要用于探测射电波段的宇宙天体。尽管两者在望远镜结构、观测方式和科学目标上存在差异，但它们都在推动着中国天文学事业的发展。
作为人类探索宇宙的工具，中国复眼与天眼的存在代表了人类对宇宙的渴望和好奇心。它们的出现为我们揭示了更多未知的宇宙奥秘，也为科学研究提供了更广阔的空间。然而，仅仅依靠技术的进步还远远不够，探索宇宙的道路也需要科学家们的智慧和勇气。对于未来的发展，我们期待能够看到更多优秀的天文观测设备问世，为人类研究宇宙提供更好的工具。
校稿：叶子
审核：萤萤
可避免损坏及出现褶皱，曲面图像传感器的制造有了新方法
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目前，越来越多的人都在使用智能手机上的相机来捕捉生活中的每个重要瞬间。然而，这些相机所记录的图像总是会显得不真实。
虽然这样的结果有可能是由于人为操作不当，更本质的问题源自相机中的图像传感器。相机中的图像传感器是一个平面，而不是像人体视网膜那样的曲面。这样一来，相机所记录的图像便会显得不自然。
图 | 这张图片演示了研究人员是如何将像素分布到硅膜上的。在切割掉多余的像素后，剩下的硅膜在圆顶状磨具上形成了没有任何缝隙或褶皱的曲面。
最近，柔性光电子学的先驱者马振强研制出了制造曲面图像传感器 的方法。这种方法能够制造类似昆虫复眼的凸面传感器以及哺乳动物眼睛的凹面传感器。 这样的突破能够使如无限景深、超广角视、低光学像差、超高像素密度等技术成为可能。
美国威斯康星大学麦迪逊分校电子和计算机以及工程学教授马振强及其合作者，在2017年11月24日发布的《自然通讯》（Nature Communications）期刊上描述了这项技术。
曲面图像传感器并不是一项新技术。虽然现有的曲面图像传感器性能已经超越了普通的平面传感器，但它们还无法运用到主流产品中。这是由于现有的生产过程需要将一面硬性的平面传感器压制成半球面的形状，并需要保证在此过程中传感器不会起褶皱或出现任何程度的损坏。
图 | 向中心凹陷的数字图像传感器形成了半球形的焦平面阵列
马教授的这一技术是从传统日本折纸艺术（origami）中找到的灵感。
马教授和他的学生是这样制造曲面感光面的： 他们首先在一种柔性基底之上建立一层叫作纳米膜的柔性硅膜，并将像素根据重复的几何形状放置在这种纳米膜上（就像足球上的图案一样）。接下来，他们将这层像素膜放置在圆顶状（凸面图像传感器）或碗状（凹面图像传感器）模具上，并利用激光切割掉重叠的像素，保证所得的薄膜上没有任何缝隙。
马教授表示：“我们首先将像素点分成五边形或六边形的形状，而且这些五边形和六边形能够继续分割。在理论上，这些形状能够被无限分割，所以像素密度能够达到极高的程度，而且不会产生空白区域。这样的方法能够被应用到任何规模，所以我们能够制造任何想要的形状。 ”
图 | 模拟昆虫复眼的向中心凸起的数字图像传感器
相机捕获高分辨率图像的能力是由图像传感器捕获数据的多少（单位为百万像素）所决定的。这样一来，高像素密度将会更好地帮助摄影家们创造艺术作品。
目前，研究人员所制造的样品直径约为 7 毫米。这样的大小显然不适合应用到智能手机上，不过马教授表示他们能够将传感器的尺寸进一步缩小。他说：“这种像素膜是成像技术的一大突破 。”
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