不同物質(zhì)的反射光或透射光波長(zhǎng)不同、光譜各異,但人眼僅可接收有限特定波長(zhǎng)的光,因此無(wú)法超脫紅綠藍(lán)“三原色”的“調(diào)色盤”。北京理工大學(xué)張軍院士團(tuán)隊(duì)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(cè)“三原色”之外的更多“原色”。相關(guān)成果7日在國(guó)際學(xué)術(shù)期刊《自然》發(fā)表。
圖為北理工科研團(tuán)隊(duì)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(cè)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(qū)分。由于可以探測(cè)更精細(xì)分辨率、更廣范圍波長(zhǎng),高光譜成像技術(shù)正是檢測(cè)“原色”的“火眼金睛”,其利用物質(zhì)“各放異彩”的特性,實(shí)現(xiàn)“透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)”。
高光譜成像產(chǎn)生的數(shù)據(jù)規(guī)模龐大,長(zhǎng)期以來(lái),該技術(shù)大多依賴光柵、棱鏡等分立元器件組成的復(fù)雜光學(xué)系統(tǒng)工作,這種系統(tǒng)體積大、難集成,且分辨率和光能利用率不高。據(jù)介紹,科研團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性提出光子復(fù)用原理,建立了片上光譜復(fù)用感知架構(gòu),通過(guò)材料、電子、光學(xué)、計(jì)算機(jī)等多學(xué)科交叉,最終研制出重量?jī)H數(shù)十克、光譜通道超百個(gè)、像素達(dá)百萬(wàn)級(jí)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(zhǔn)確率。
圖為北理工科研團(tuán)隊(duì)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(wèi)星探測(cè)裝備,小到手機(jī)攝像頭,都能基于這個(gè)原理開發(fā)新應(yīng)用。用相應(yīng)攝像頭對(duì)準(zhǔn)某個(gè)目標(biāo),就會(huì)收到目標(biāo)反射出的光譜,智能系統(tǒng)自動(dòng)比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)里的光譜信息,便可以標(biāo)注出目標(biāo)物質(zhì)成分。它具有通用檢測(cè)能力,一款設(shè)備既能檢測(cè)水環(huán)境中是否有重金屬、食品是否變質(zhì),也能檢測(cè)人體血氧血糖指標(biāo)是否正常等等,降低檢測(cè)成本、提升檢測(cè)效能?!边咞愞空f(shuō)。
張軍表示,該研究開辟了片上光學(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(wèi)星遙感、深空探測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)、智慧醫(yī)療、社會(huì)治理等領(lǐng)域的創(chuàng)新發(fā)展。(記者 趙旭)
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