不少人換手機，不是因為舊機壞了，而是為了追求新型號更優質的攝影鏡頭。科學家發現，只要在手提電話相機的感光元件加入一種物料，便可以大大提升相片質素，即使在黑夜或光源不足的環境下也能夠拍出層次分明和細緻的相片。
美國賓夕凡尼亞州大學工程科學及機械學系的登士（Saptarshi Das）教授與團隊在《Natural Material》發表研究文章，指出運用以二硫化鉬製造的平面感光片，可提升手機感光度和處理圖象的功能，同時節省手機在處理圖片過程中的耗電量。
登士教授提出：「很多人為了更好的相機而更換手機。所謂好的智能電話相機，就是高像素，拍出來的照片清晰精細。不過，大部分人用手機拍照時，都沒有考究由按掣拍照一刻，到看見攝得的影象之間，手機機件其實在運算，處理圖象。
有一種新物料可以提升手機照片的精細度，而且在晚上或黑暗的環境下也能夠捕捉到清晰的影象。(圖片來源: John Mark Arnold/Unsplash)
他指出：「有時候，你會發覺手機拍出來的影象，比你肉眼看見的更好。這是因為新一代的手機攝影機將捕捉影象和處理影象兩個過程融合起來。這是以往手機沒有的技術。」不過，拍出好照片是有代價的，新一代手機處理圖象的過程非常耗電。
有份參與這項研究的研究助理多達（Akhil Dodda）說：「用手機拍攝的相片愈多，耗電量也愈多。問題是耗用能源的環境成本由其他人來支付。如果我們能夠將拍照的耗電量縮減100倍，就可以用同樣電量多拍100倍相片。」
研究人員為求令手機攝影更加符合可持續發展原則，專注研究二硫化鉬（molybdenum disulfide）這種新興物料。二硫化鉬只有一個或數個原子的厚度，銀黑色而帶光澤，看起來像石墨薄片。它既是半導體，感光靈敏度又高，是製作兼具處理圖象和感光元件的理想物料。
圖片來源： 2dsemiconductors.com
人類的眼睛比起一般相機能夠更清晰地望見夜空中的星星，那是因為人眼適應度較強，有更佳的動態感光範圍（Dynamic range）。相反，菲林或數碼相機感光元件的動態範圍受到限制，能夠記錄的光度範圍較小，例如在弱光下難以「捕捉」到人或物的高光位與暗位細節。二硫化鉬的動態範圍數值大，不論在猛烈陽光或光線微弱的黑夜，一樣能夠「捕捉」物件的光位和暗位。而且，二硫化鉬將光訊息轉換為電訊息的能力亦相當強。
多達指出：「一個9平方毫米的二硫化鉬列陣，就有900個像素，而每個像素單元約為100平方微米，比傳統的金屬氧化物半導體（CMOS）影象感光元件感光能力較強，只需極低的電量便可運作。換言之，用二硫化鉬做影象感測元件的手機鏡頭，攝影過程的耗電量會大減。」
數碼相機的影象感測元件可分為「主動像素感測器」（Active Pixel Sensor，APS）與「被動像素感測器」（Passive Pixel Sensor）兩種。後者的設計將獨立電容器逐一置於影象感測單元（像素），當光線激發出電子後，電子儲存於電容器中，由列陣每行末端的放大器讀取電子訊號，然後放大。主動像素感測元件則是直接在每一單位像素上加上放大器及雜訊控制元件，每個像素單元裡的雜訊都立即被調控，因此出來的影像品質明顯改善。
以二硫化鉬為基礎的APS技術令手機鏡頭有更大動態範圍，以及更節省電力的圖象處理能力。手機用家在大霧茫茫的日子戶外拍照時，APS技術會除去雲霧；若在月夜中與朋友合照，二硫化鉬憑較大的光度紀錄寛容度，讓用家拍到清晰的人像。
以單層二硫化製成的像素感測元件，能夠提升手機處理相片的能力。（圖片來源： psu.edu；攝影（C）Elizabeth Flores-Gomez Murray）
研究人員展望，憑藉此技術可以製造超級節省電力的高效感測器，應用於不同領域，例如用作監察物聯網裝置的運作情況，偵測到失靈可及早處理。工業4.0應用雲端數據、人工智能和機器學習等技術於製造業生產流程，二硫化鉬APS可協助製造商提升效率。這項研究項目已獲得美國國防部和國家科學基金會支持。
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