人眼看不见红外线，原因在于红外光子携带的能量不足以触发感光细胞内部的信号通路。过去几十年里，工程师用各种设备把红外画面”翻译”给人眼看，但翻译出来的结果几乎清一色是单调的绿色或灰白。

北京理工大学的一支团队最近换了个思路：不再把所有红外信号压缩成一种颜色，而是让不同波长的红外光对应可见光谱中不同的位置，让人眼看到的红外画面接近自然视觉。相关论文发表于《科学·进展》（Science Advances），研究由该校的唐鑫与穆格领衔。

用一层能量势垒”调色”

这套器件的核心是两种材料的组合：能够吸收红外光的碲化汞胶体量子点，以及负责把吸收到的能量转换成可见光的双层OLED。二者按特定方式堆叠并接好内部电路后，射入的红外辐射从另一侧出来时，就变成了一幅看上去与普通照片无异的彩色图像。

关键设计在OLED的两层结构上。靠近空穴入口的一层掺入了发红光的荧光材料，较远的一层掺入了发青光的荧光材料，两层之间存在约0.82电子伏特的能量势垒。

工作机制可以这样理解：当红外探测层送来的空穴数量较少时——可能因为光线昏暗，也可能因为入射的是波长较长的红外光——这些空穴全部被红光层俘获，器件呈现低亮度的红色微光。随着空穴数量增加（红外光变强，或者波长变短），量子点中额外的载流子生成通道被打开，势垒逐渐饱和，空穴开始越过势垒进入青光层，器件转而同时发出红光与青光的混合色，整体色调随之偏移，亮度也随之提高。

由于颜色的变化取决于载流子数量，而不是靠一张预设的对照表硬套，最终形成的色彩空间同时编码了入射红外光的波长和强度这两重信息。团队在论文中给出的计算显示，相比只有明暗变化的单色方案，这套设计能让使用者分辨出小约200倍的红外功率差异。

23克的半透明眼镜

为了验证原理，研究者用这些量子点做出了一副红外视觉眼镜。这副眼镜是半透明的，重量仅23克，有效视区约3.57平方厘米。

第一轮测试针对短波红外照明下的物体，眼镜投出了清晰的彩色编码图像，包括测试图案和运动中的物体，普通相机就能拍下这些画面。与此同时，可见光依然可以穿过这一半透明结构。原理上，只要加一片简单的滤光片，这副眼镜就能在两种模式之间切换：一种是把红外信息叠加在正常视野之上的增强现实模式，另一种是只看红外的沉浸模式。

让生物视觉系统”接住”红外信号

比设备本身更有想象空间的，是团队进一步做的生物学验证——他们想知道，经过上转换的红外光能否驱动生物视觉系统，而不只是被相机拍下来。

研究者把上转换材料与表达通道视紫红质-2的细胞结合。这是一种常用于让神经元对蓝光产生响应的光敏蛋白。透过器件照射红外光后，这些细胞确实产生了光电流。

在整体动物和人体层面，受试者观看被红外脉冲照射的显示屏时，小鼠出现了清晰的脑电图响应，人类志愿者出现了清晰的视网膜电图响应。作为对照，同样的红外脉冲在没有上转换器件的情况下，没有引起任何可测量的响应。

团队在论文中称，这项工作”超越了单色范式”，重新定义了红外视觉，并认为其”突破了生物光感受的演化边界”，为”下一代视觉假体”铺平了道路。

距离实用还有几步

不过，从实验室成果到可用产品，中间仍有不少门槛，Ars Technica在报道中也点出了几处保留。

首先，论文中的所有演示都在受控条件下完成。眼镜面对的是经过校准的黑体辐射源，以及字母、叶片轮廓这类简单高对比测试图案，而不是真实房间或街道上那种多波长交织的红外杂波。在真实场景里，这套颜色编码还能不能保持可读性，目前并不清楚。

其次，OLED一侧需要外接电源，这让所谓的”眼镜”更接近一块小型有源显示屏，而不是一片被动镜片。

再次，碲化汞是一种重金属化合物，论文并未讨论长期皮肤接触的影响；对于更进一步的植入式方案，生物相容性和长期安全性同样没有涉及。

最后，”可植入的视网膜光感受器”这一设想，目前的支撑证据仅限于培养皿中的离体神经元、小鼠的脑电记录，以及在眼外照光条件下人体的视网膜电图数据。这些结果足以证明经上转换的红外信号能够抵达视觉系统，但距离一件真正能植入眼内、甚至只是能在夜间正常工作的眼镜，团队还差了好几步。

来源：Ars Technica《Researchers devise a full-color night vision goggle》，作者 Jacek Krywko；原始论文发表于 Science Advances，DOI: 10.1126/sciadv.aed0245