自动驾驶、沉浸式游戏等创新技术的发展，催生了对3D场景高级重构的迫切需求。实现3D场景的重构需要实现精确的光场检测，即测量光线的强度及其在自由空间中的精确方向。

然而，目前光场检测仍以下问题：

1、准确测量角度分辨光矢量仍然具有挑战性。光场检测记录3D空间中光线的强度和方向，可实现场景的立体重建。然而，准确测量角度分辨光矢量仍然具有挑战性。

        2、复杂的微透镜阵列成本高，且分辨率受限。通过将体积庞大的光学元件与具有高像素密度的光电探测器系统相结合，可以以高角度分辨率测量光场。但其集成成本高，且通常会限制角分辨率和光检测效率，尤其是在像素尺寸较小的情况下。

        3、目前的光场检测波长范围受限。目前的光场检测方法仅限于紫外和可见波长范围，测量传统透镜无法聚焦的高能光束要困难得多。

  有鉴于此，新加坡国立大学刘小钢等人提出了一种基于光刻图案化钙钛矿纳米晶体阵列的稳健、可扩展的方法，可用于确定从X射线到可见光（0.002–550nm）的辐射矢量。使用这些多色纳米晶体阵列，来自特定方向的光线可以转换为角度分辨率为0.0018°的像素化颜色输出。通过修改具有特定方向的纳米晶体阵列可以实现光源的三维光场检测和空间定位。作者通过将像素化纳米晶体阵列与彩色电荷耦合器件相结合，展示了三维物体成像以及可见光和 X射线相衬成像。通过颜色对比度编码检测光波长以外的光方向的能力可以实现新的应用，例如，三维相衬成像、机器人技术、虚拟现实、断层摄影生物成像和卫星自主导航等。

技术方案：

1、设计了3D光场检测设计。作者基于钙钛矿晶体构建了3D光场传感器，并根据文献合成了无机钙钛矿纳米晶体，证明了由钙钛矿纳米晶体制成的方位角探测器具有更高的角分辨率。

         2、表征了3D光场传感的像素化颜色转换。作者在红色、绿色和蓝色传感器芯片上构建了单一的三色方位检测器，实现了约0.0018°角度变化的检测限。还设计并制造了全向光场检测器以及方位探测器阵列来对3D光方向进行成像，实现了光线入射角度的颜色可视化。

        3、展示了真实场景的三维成像。作者展示了不同角度光入射下，使用钙钛矿纳米晶体阵列捕获的图像，结果表明该成像具有高精度，在不同距离处成像的物体尺寸与其实际尺寸一致。

        4、验证了宽波长范围内的相衬成像

作者证明了基于纳米晶体阵列的光场传感器可以直接测量可见光或X射线的特定角度，纳米晶体光场传感器的制造非常稳健，在大面积上具有高均匀性。

图1 设计和使用像素化纳米晶体阵列检测X射线到可见光范围内的入射光

图2  使用像素化钙钛矿纳米晶体阵列进行X射线到可见光场检测