中國電子元件行業(yè)協(xié)會(huì )
China Electronic Components Association
不同物質(zhì)的反射光或透射光波長(cháng)不同、光譜各異，但人眼僅可接收有限特定波長(cháng)的光，因此無(wú)法超脫紅綠藍“三原色”的“調色盤(pán)”。北京理工大學(xué)張軍院士團隊自主研制出百通道百萬(wàn)像素的高光譜實(shí)時(shí)成像器件，可高效率、智能化探測“三原色”之外的更多“原色”。相關(guān)成果7日在國際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。
圖為北理工科研團隊研發(fā)的新型高光譜智能成像器件。新華社記者 趙旭 攝
探測物質(zhì)的“原色”有何價(jià)值？北京理工大學(xué)教授邊麗蘅說(shuō)，“原色”搭載著(zhù)物質(zhì)的本征屬性信息。例如，在兩個(gè)相同的透明玻璃杯中，分別倒入等量純凈水和礦物水，僅通過(guò)肉眼通常無(wú)法辨別，而借助兩者透射光的光譜差異，也就是“原色”差異，即可加以區分。由于可以探測更精細分辨率、更廣范圍波長(cháng)，高光譜成像技術(shù)正是檢測“原色”的“火眼金睛”，其利用物質(zhì)“各放異彩”的特性，實(shí)現“透過(guò)現象看本質(zhì)”。
高光譜成像產(chǎn)生的數據規模龐大，長(cháng)期以來(lái)，該技術(shù)大多依賴(lài)光柵、棱鏡等分立元器件組成的復雜光學(xué)系統工作，這種系統體積大、難集成，且分辨率和光能利用率不高。據介紹，科研團隊創(chuàng )新性提出光子復用原理，建立了片上光譜復用感知架構，通過(guò)材料、電子、光學(xué)、計算機等多學(xué)科交叉，最終研制出重量?jì)H數十克、光譜通道超百個(gè)、像素達百萬(wàn)級的高光譜實(shí)時(shí)成像器件，將光能利用率由典型的不足25.0%跨越提升至74.8%，提升了高光譜成像的靈敏度和準確率。
圖為北理工科研團隊研發(fā)的新型高光譜智能成像器件。新華社記者 趙旭 攝
“大到遙感衛星探測裝備，小到手機攝像頭，都能基于這個(gè)原理開(kāi)發(fā)新應用。用相應攝像頭對準某個(gè)目標，就會(huì )收到目標反射出的光譜，智能系統自動(dòng)比對數據庫里的光譜信息，便可以標注出目標物質(zhì)成分。它具有通用檢測能力，一款設備既能檢測水環(huán)境中是否有重金屬、食品是否變質(zhì)，也能檢測人體血氧血糖指標是否正常等等，降低檢測成本、提升檢測效能?！边咞愞空f(shuō)。
張軍表示，該研究開(kāi)辟了片上光學(xué)研究新領(lǐng)域，為未來(lái)智能光電子器件發(fā)展提供了新思路。研究成果有望推動(dòng)衛星遙感、深空探測、環(huán)境監測、智慧醫療、社會(huì )治理等領(lǐng)域的創(chuàng )新發(fā)展。
