記者從北京理工大學獲悉：張軍院士團隊首創(chuàng)片上光譜復用感知架構，自主研制了國際首款百通道百萬像素高光譜實時成像器件，光能利用率創(chuàng)造世界最高紀錄。北京時間11月7日，團隊相關成果在線發(fā)表在《自然》國際雜志上。

北理工科研團隊研發(fā)的新型高光譜智能成像器件。新華社記者 趙旭 攝

據(jù)介紹，光譜被稱為“光基因”，代表了光信號在不同波段的強度分布。高光譜成像技術能夠同時獲取目標的空間結構信息和數(shù)十甚至上百個波段的光譜信息，可以精準識別目標材質(zhì)特征，從而實現(xiàn)復雜環(huán)境精準辨識，在衛(wèi)星遙感、深空探測、新質(zhì)裝備等諸多領域具有重大應用，是世界各國競相追逐的研究熱點與難點。現(xiàn)有高光譜成像技術受限于幾何分光和窄帶測量的傳統(tǒng)模式，空間、時間、光譜分辨率互相折中，系統(tǒng)體積大、重量重、難集成，嚴重制約了其在重大領域的發(fā)展和應用。

面向未來新質(zhì)新域應用的智能化、輕量化探測需求，張軍院士團隊創(chuàng)新提出了片上光譜復用感知架構。該架構顛覆傳統(tǒng)分立幾何分光方法，通過集成異化調(diào)控實現(xiàn)從復雜系統(tǒng)到集成器件的革新；顛覆傳統(tǒng)窄帶測量機理，通過寬帶耦合測量實現(xiàn)光通量的跨越提升；顛覆傳統(tǒng)物理測量輸出模式，通過智能計算實現(xiàn)高分辨率高光譜成像。

北理工科研團隊研發(fā)的新型高光譜智能成像器件。新華社記者 趙旭 攝

基于此架構，團隊攻克了陣列化寬帶光譜調(diào)控、高光譜智能成像器件制備、大規(guī)模高分辨光譜重建等一系列關鍵技術，自主研制了國內(nèi)首款百通道百萬像素高光譜實時成像器件，將光能利用率由典型的不足25%跨越提升至74.8%，創(chuàng)造世界最高紀錄。

據(jù)介紹，該器件僅重數(shù)十克，擁有完全自主知識產(chǎn)權，在遙感探測、生命健康、智慧農(nóng)業(yè)、工業(yè)自動化等領域展示了廣闊的應用前景。在遙感探測領域，團隊使用該器件拍攝了月球表面的高清光譜視頻，在弱光環(huán)境下實現(xiàn)觀測目標的動態(tài)遠程監(jiān)測，展示了該器件優(yōu)異的光能利用率和時空譜分辨率；在生命健康領域，該器件實現(xiàn)了動態(tài)的血氧檢測和水質(zhì)污染分析；在智慧農(nóng)業(yè)領域，該器件實現(xiàn)了高精度的葉綠素檢測、糖度檢測以及水果淤傷檢測；在工業(yè)自動化方面，該器件實現(xiàn)了高精度的紡織物自動分揀。

該工作開辟了片上光學研究新領域，為下一代智能傳感器發(fā)展提供了新方法，推動集成電路、電子信息、計算機、物理、材料等多學科的交叉融合發(fā)展，助力我國智能裝備變軌超越和自立自強。

片上光譜復用感知架構及其工作原理