不同物質的反射光或透射光波長不同、光譜各異，但人眼僅可接收有限特定波長的光，因此無法超脫紅綠藍“三原色”的“調色盤”。北京理工大學張軍院士團隊自主研制出百通道百萬像素的高光譜實時成像器件，可高效率、智能化探測“三原色”之外的更多“原色”。相關成果以“A broadband hyperspectral image sensor with high spatio-temporal resolution”為題，于6日在國際學術期刊《Nature》發(fā)表。

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圖為北理工科研團隊研發(fā)的新型高光譜智能成像器件。

探測物質的“原色”有何價值？北京理工大學教授邊麗蘅說，“原色”搭載著物質的本征屬性信息。例如，在兩個相同的透明玻璃杯中，分別倒入等量純凈水和礦物水，僅通過肉眼通常無法辨別，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。由于可以探測更精細分辨率、更廣范圍波長，高光譜成像技術正是檢測“原色”的“火眼金睛”，其利用物質“各放異彩”的特性，實現“透過現象看本質”。

高光譜成像產生的數據規(guī)模龐大，長期以來，該技術大多依賴光柵、棱鏡等分立元器件組成的復雜光學系統工作，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，通過材料、電子、光學、計算機等多學科交叉，最終研制出重量僅數十克、光譜通道超百個、像素達百萬級的高光譜實時成像器件，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。

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圖為北理工科研團隊研發(fā)的新型高光譜智能成像器件。　

“大到遙感衛(wèi)星探測裝備，小到手機攝像頭，都能基于這個原理開發(fā)新應用。用相應攝像頭對準某個目標，就會收到目標反射出的光譜，智能系統自動比對數據庫里的光譜信息，便可以標注出目標物質成分。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，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。”邊麗蘅說。

張軍表示，該研究開辟了片上光學研究新領域，為未來智能光電子器件發(fā)展提供了新思路。研究成果有望推動衛(wèi)星遙感、深空探測、環(huán)境監(jiān)測、智慧醫(yī)療、社會治理等領域的創(chuàng)新發(fā)展。

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