近日，记者从北京理工大学获悉，该校张军院士团队首创片上光谱复用感知架构自主研制了国际首款百通道百万像素高光谱实时成像器件，其光能利用率创造了世界最高记录。11月7日，团队相关成果在《自然》期刊发表。
图片来源：北京理工大学
据介绍，光谱被称为“光基因”，代表了光信号在不同波段的强度分布，表征了目标对光的反射与透射的本征属性。高光谱成像技术能够同时获取目标的空间结构信息和数十甚至上百个波段的光谱信息，可以精准识别目标材质特征，从而实现复杂环境精准辨识，在卫星遥感、深空探测、新质装备等诸多领域具有重大应用，是世界各国竞相追逐的研究热点与难点。然而，现有高光谱成像技术受限于几何分光和窄带测量的传统模式，空间、时间、光谱分辨率互相折中，系统体积大、重量重、难集成，严重制约了其在重大领域的发展和应用。
图片来源：北京理工大学
记者了解到，面向未来新质新域应用的智能化、轻量化探测需求，张军院士团队创新提出了片上光谱宽带感知架构。该架构颠覆传统分立几何分光方法，通过集成异化调控实现从复杂系统到集成器件的革新；颠覆传统窄带测量机理，通过宽带耦合测量实现光通量的跨越提升；颠覆传统物理测量输出模式，通过智能计算实现高分辨率高光谱成像。基于此架构，团队攻克了阵列化宽带光谱调控、高光谱智能成像器件制备、大规模高分辨光谱重建等一系列关键技术，自主研制了国内首款百通道百万像素高光谱实时成像器件，将光能利用率由不足25%跨越提升至74.8%，创造世界最高记录。
该器件在遥感探测、生命健康、智慧农业、工业自动化等领域展示了广阔的应用前景。在遥感探测领域，团队使用该器件拍摄了月球表面的高清光谱视频，在弱光环境下实现观测目标的动态远程监测，展示了该器件优异的光能利用率和时空谱分辨率；在生命健康领域，该器件实现了动态的血氧检测和水质污染分析；在智慧农业领域，该器件实现了高精度的叶绿素检测、糖度检测以及水果淤伤检测；在工业自动化方面，该器件实现了高精度的纺织物自动分拣。这项工作开辟了片上光学研究新领域，为下一代智能传感器发展提供了新方法，推动集成电路、电子信息、计算机、物理、材料等多学科的交叉融合发展，助力我国智能装备变轨超越和自立自强。
（光明日报全媒体记者 周世祥）
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