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发布日期：2024-12-15 作者：开云
中国工程院院士、北京理工年夜学传授张军团队初创片上光谱复用感知架构，自立研制了全球首款百通道百万像素高光谱及时成像器件，光能操纵率缔造世界最高记实。11月7日，相干研究功效颁发在《天然》。
片上光谱复用感知架构和其工作道理。课题组供图 ?
高光谱成像手艺可以或许同时获得方针的空间布局信息和数十乃至上百个波段的光谱信息，可以精准辨认方针材质特点，从而实现复杂情况精准辨识，在卫星遥感、深空探测、新质设备等诸多范畴具有重年夜利用，是世界列国竞相追逐的研究热门与难点。现有高光谱成像手艺受限在几何分光和窄带丈量的传统模式，空间、时候、光谱分辩率相互折衷，系统体积年夜、重量重、难集成，严重制约了其在重年夜范畴的成长和利用。
团队提出了片上光谱复用感知理论与手艺，改变了传统几何分光、窄带丈量、物理输出模式，实现了片上宽带异化调控的高光谱成像。团队自立研制了高光谱智能成像器件，将光能操纵率由典型的不足25%逾越晋升至74.8%。该器件仅重数十克，工作波段笼盖了可见光和近红外超宽波段（400-1700纳米），具有国际领先的空-时-谱分辩率（1024×1024@124fps，96通道），具有完全自立常识产权。
面向将来新质新域利用的智能化、轻量化探测需求，团队立异提出了片上光谱宽带感知架构。该架构分歧在传统分立几何分光方式，经由过程集成异化调控实现从复杂系统到集成器件的改革；分歧在传统窄带丈量机理，经由过程宽带耦合丈量实现光通量的逾越晋升；分歧在传统物理丈量输出模式，经由过程智能计较实现高分辩率高光谱成像。
基在此架构，团队霸占了阵列化宽带光谱调控、高光谱智能成像器件制备、年夜范围高分辩光谱重建等一系列要害手艺，自立研制了国内首款百通道百万像素高光谱及时成像器件，将光能操纵率由典型的不足25%逾越晋升至74.8%，缔造世界最高记实。该器件具有体积小，29毫米×29毫米×42毫米；重量轻，46克；智能化水平高，及时高光谱成像与方针精准辨认的优势，在可见-近红外波段实现高分辩光谱成像。在400-1000纳米波段规模内，光谱分辩率到达2.65纳米，时空分辩率为2048×2048@47fps；在400-1700纳米波段规模内，光谱分辩率为8.53纳米，时空分辩率为1024×1024@124fps。该器件还具有较高的成像信噪比（40.2分贝）、动态规模（68.71分贝）和热不变性（-60℃-50℃）。
北京理工年夜学传授边丽蘅暗示，该器件在遥感探测、生命健康、聪明农业、工业主动化等范畴展现了广漠的利用前景。在遥感探测范畴，团队利用该器件拍摄了月球概况的高清光谱视频，在弱光情况下实现不雅测方针的动态长途监测，展现了该器件优良的光能操纵率和时空谱分辩率；在生命健康范畴，该器件实现了动态的血氧检测和水质污染阐发；在聪明农业范畴，该器件实现了高精度的叶绿素检测、糖度检测和生果淤伤检测；在工业主动化方面，该器件实现了高精度的纺织物主动分拣。
论文第一作者为边丽蘅，北京理工年夜学博士生王振、硕士生张宇哲，通信作者为张军和边丽蘅，北京理工年夜学为独一完成单元。
相干论文信息：https://doi.org/10.1038/s41586-024-08109-1
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