高光譜設(shè)備小型化再獲進展 我國研發(fā)超構(gòu)表面微型高光譜成像器件
【化工儀器網(wǎng) 項目成果】高光譜成像技術(shù)是光譜技術(shù)與成像技術(shù)的結(jié)合，以多光譜遙感成像技術(shù)為基礎(chǔ)發(fā)展起來，可以捕獲和分析一片空間區(qū)域內(nèi)逐點的光譜。高光譜成像技術(shù)最先應(yīng)用于在航空、航天器上進行陸地、大氣、海洋的研究觀測。隨著技術(shù)的發(fā)展，高光譜成像技術(shù)已經(jīng)開始在生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域發(fā)揮出越來越重要的作用。
小型化、輕量化是高光譜設(shè)備主要的發(fā)展趨勢之一，但是光譜成像系統(tǒng)的光譜器件(色散元件或濾色片)和CMOS圖像傳感器等器件體積和質(zhì)量普遍較大，限制了光譜成像系統(tǒng)的成像速度以及系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的簡化和設(shè)備體積的縮小。因此研發(fā)微型的成像器件對于高光譜成像設(shè)備的發(fā)展有著重要意義。
使用人工過濾器的計算性高光譜設(shè)備已顯示出作為緊湊型光譜設(shè)備的前景。然而，當(dāng)前的設(shè)計受到有限的晶胞類型和幾何參數(shù)的限制，導(dǎo)致透射光譜之間的高互相關(guān)。這種限制使得基于壓縮傳感的光譜重建的要求無法得到滿足。為了解決這一問題，中科院蘇州醫(yī)工所團隊與中科院光電所團隊合作，提出并模擬了一種基于準(zhǔn)隨機元表面超單元的計算高光譜設(shè)備的新設(shè)計。
據(jù)了解，準(zhǔn)隨機超級單元嚴(yán)格對稱，對光譜器件的偏振敏感性較低，在復(fù)雜的環(huán)境中也可以獲得較好的檢測效果。而且超級單元表面超晶胞的尺寸擴展到波長以上，可以設(shè)計種類更豐富的單元結(jié)構(gòu)，單元結(jié)構(gòu)對應(yīng)的透射光譜也有更多選擇，能夠更好地滿足壓縮感知算法的需求。同時超構(gòu)表面的加工難度也因此降低，器件加工的成本和周期都得到了縮減。
研究人員針對窄帶光譜信號和寬帶光譜信號分別設(shè)計并制作了窄帶光譜重建和寬帶高光譜單次成像裝置。窄帶光譜重建裝置結(jié)合具有壓縮傳感的遺傳算法，可以重建具有6nm光譜分辨率和超低誤差的復(fù)雜窄帶高光譜信號。而寬帶高光譜設(shè)備重建得寬帶高光譜圖像平均信號保真度高達92%，還有可能集成到互補金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)芯片中，用于單次成像。
編輯點評：該項研究成果將推動為小型化和便攜式高光譜設(shè)備和系統(tǒng)的研發(fā)，有助于高光譜研究設(shè)備在生物醫(yī)藥、環(huán)境檢測等領(lǐng)域拓展出更多的應(yīng)用。
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