Nature重磅突破：高光譜成像邁向“芯片時代”
突破傳統(tǒng)瓶頸，高光譜成像迎來全新架構(gòu)
高光譜成像能夠同時獲取目標的空間信息和光譜信息，被譽為“給世界做CT"。相比普通RGB相機只能看到紅綠藍三種顏色，高光譜能夠獲取幾十甚至上百個連續(xù)波段的信息，從而識別肉眼無法分辨的物質(zhì)特征。
然而長期以來，高光譜設(shè)備普遍面臨體積大、重量重、成本高以及掃描速度慢等問題。傳統(tǒng)推掃式和濾波式高光譜系統(tǒng)需要依賴復(fù)雜的光學(xué)元件和機械掃描結(jié)構(gòu)，在動態(tài)目標檢測、無人機搭載以及實時監(jiān)測場景中受到限制。
Nature最新研究提出的HyperspecI技術(shù)，通過將寬帶光譜調(diào)制材料直接集成到圖像傳感器芯片表面，實現(xiàn)了光譜信息與空間信息的同步獲取，再結(jié)合AI重建算法完成高光譜數(shù)據(jù)恢復(fù)。該方案首&次實現(xiàn)了高空間分辨率、高時間分辨率與超寬波段覆蓋的統(tǒng)一，為下一代高光譜傳感器的發(fā)展提供了新思路。
論文核心創(chuàng)新點
傳統(tǒng)高光譜主要有三類：
而論文提出：
HyperspecI
寬帶調(diào)制陣列 + CMOS/InGaAs + AI重建
系統(tǒng)結(jié)構(gòu)：
目標場景
↓
寬帶光譜調(diào)制陣列(BMSFA)
↓
CMOS/InGaAs傳感器
↓
SRNet神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)
↓
高光譜數(shù)據(jù)立方體
與傳統(tǒng)濾光片不同，每個像素上方并不是單獨對應(yīng)一個窄帶濾光片，而是采用16種不同的寬帶調(diào)制材料進行編碼。
BroadbandMultispectralFilterArray（BMSFA）
16種特殊材料：
10種有機染料
6種納米金屬氧化物
覆蓋：
400-1700nm
這些材料并不阻斷大部分光。
而是：
不同波長
↓
產(chǎn)生不同透過率
↓
形成獨特編碼
類似：
波長A → 0.8
波長B → 0.3
波長C → 0.6
這樣每個像素都獲得了大量光能。
最終：
平均透過率達到74.8%
遠高于：
RGB：30%
多光譜：10%
CASSI：50%
論文驗證了哪些應(yīng)用？
（1）農(nóng)業(yè)
葉綠素SPAD檢測
利用：
660nm
720nm
建立回歸模型
誤差：
3.73%
蘋果糖度檢測
SSC預(yù)測誤差：
5.3%
（2）血氧監(jiān)測
利用：
780nm
830nm
兩個特征波段
實現(xiàn)SpO?監(jiān)測。
（3）水質(zhì)監(jiān)測
兩種顏色相近液體：
RGB無法區(qū)分
高光譜可區(qū)分。
（4）紡織品分類
棉
VS
聚酯纖維
分類準確率：
98.15%
（5）蘋果碰傷檢測
利用：
1060nm
1260nm
1440nm
吸收峰
檢測肉眼不可見損傷。
奧譜天成：以定制化能力推動高光譜產(chǎn)業(yè)落地
作為國內(nèi)高光譜儀器研發(fā)與產(chǎn)業(yè)化的重要企業(yè)，奧譜天成始終堅持以應(yīng)用需求為導(dǎo)向，為客戶提供覆蓋紫外、可見光、近紅外、短波紅外等多個波段范圍的高光譜解決方案。
針對不同應(yīng)用場景，奧譜天成可提供從傳感器選型、光學(xué)設(shè)計、波段配置、成像方式、算法開發(fā)到行業(yè)模型建立的一站式定制服務(wù)。無論是無人機遙感、農(nóng)業(yè)表型分析、食品品質(zhì)檢測、工業(yè)在線檢測，還是公安刑偵、生物醫(yī)療及科研創(chuàng)新領(lǐng)域，均可根據(jù)客戶需求快速構(gòu)建專屬高光譜系統(tǒng)。
目前，奧譜天成已形成覆蓋推掃式、快照式、線掃式及面陣式等多種技術(shù)路線的產(chǎn)品體系，并具備從300nm至2500nm全波段產(chǎn)品研發(fā)能力。同時，公司擁有成熟的光譜數(shù)據(jù)庫建設(shè)和AI模型開發(fā)經(jīng)驗，可幫助客戶將高光譜數(shù)據(jù)快速轉(zhuǎn)化為可落地的行業(yè)應(yīng)用成果。
未來，隨著人工智能、邊緣計算和高光譜技術(shù)的深度融合，奧譜天成將持續(xù)發(fā)揮自主研發(fā)與定制創(chuàng)新優(yōu)勢，讓高光譜真正從實驗室走向產(chǎn)業(yè)現(xiàn)場，為更多行業(yè)創(chuàng)造可見價值。
