高光谱设备小型化再获进展 我国研发超构表面微型高光谱成像器件

　　【化工仪器网 项目成果】高光谱成像技术是光谱技术与成像技术的结合，以多光谱遥感成像技术为基础发展起来，可以捕获和分析一片空间区域内逐点的光谱。高光谱成像技术最先应用于在航空、航天器上进行陆地、大气、海洋的研究观测。随着技术的发展，高光谱成像技术已经开始在生物医学等领域发挥出越来越重要的作用。
 

　　小型化、轻量化是高光谱设备主要的发展趋势之一，但是光谱成像系统的光谱器件(色散元件或滤色片)和CMOS图像传感器等器件体积和质量普遍较大，限制了光谱成像系统的成像速度以及系统结构的简化和设备体积的缩小。因此研发微型的成像器件对于高光谱成像设备的发展有着重要意义。
 

　　使用人工过滤器的计算性高光谱设备已显示出作为紧凑型光谱设备的前景。然而，当前的设计受到有限的晶胞类型和几何参数的限制，导致透射光谱之间的高互相关。这种限制使得基于压缩传感的光谱重建的要求无法得到满足。为了解决这一问题，中科院苏州医工所团队与中科院光电所团队合作，提出并模拟了一种基于准随机元表面超单元的计算高光谱设备的新设计。
 

　　据了解，准随机超级单元严格对称，对光谱器件的偏振敏感性较低，在复杂的环境中也可以获得较好的检测效果。而且超级单元表面超晶胞的尺寸扩展到波长以上，可以设计种类更丰富的单元结构，单元结构对应的透射光谱也有更多选择，能够更好地满足压缩感知算法的需求。同时超构表面的加工难度也因此降低，器件加工的成本和周期都得到了缩减。
 

　　研究人员针对窄带光谱信号和宽带光谱信号分别设计并制作了窄带光谱重建和宽带高光谱单次成像装置。窄带光谱重建装置结合具有压缩传感的遗传算法，可以重建具有6nm光谱分辨率和超低误差的复杂窄带高光谱信号。而宽带高光谱设备重建得宽带高光谱图像平均信号保真度高达92%，还有可能集成到互补金属氧化物半导体(CMOS)芯片中，用于单次成像。
 

　　编辑点评：该项研究成果将推动为小型化和便携式高光谱设备和系统的研发，有助于高光谱研究设备在生物医药、环境检测等领域拓展出更多的应用。