清華大學(xué)研制出國(guó)際首款實(shí)時(shí)超光譜成像芯片

近日，清華大學(xué)電子工程系黃翊東教授團(tuán)隊(duì)崔開(kāi)宇副教授帶領(lǐng)學(xué)生在超光譜成像芯片的研究中取得重要進(jìn)展，研制出國(guó)際首款實(shí)時(shí)超光譜成像芯片，相比已有光譜檢測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了從單點(diǎn)光譜儀到超光譜成像芯片的跨越，期刊《科學(xué)》（Science）綜述論文“光譜儀的小型化”（“Miniaturization of Optical Spectrometers”）將這一超光譜成像芯片技術(shù)列為該領(lǐng)域最新的研究成果。 q1?&Ev^  
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光譜作為物質(zhì)的指紋，光譜成像可以獲取成像視場(chǎng)內(nèi)各像素點(diǎn)物質(zhì)的組分和含量，為智能感知技術(shù)開(kāi)拓了一個(gè)新的信息維度，在工業(yè)自動(dòng)化、智慧醫(yī)療、機(jī)器視覺(jué)、消費(fèi)電子等諸多領(lǐng)域有著巨大的應(yīng)用需求。然而傳統(tǒng)基于分光原理的單點(diǎn)光譜儀體積龐大，已有的光譜成像技術(shù)一般只能采用逐點(diǎn)逐行掃描或波長(zhǎng)掃描的模式，無(wú)法獲取視野場(chǎng)景中各像素點(diǎn)高精度的實(shí)時(shí)光譜信息。 \C,p
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該成果研制的國(guó)際首款實(shí)時(shí)超光譜成像芯片如圖1所示。通過(guò)硅基超表面實(shí)現(xiàn)對(duì)入射光的頻譜域調(diào)制，利用CMOS圖像傳感器完成頻譜域到電域的投影測(cè)量，再采用壓縮感知算法進(jìn)行光譜重建，并進(jìn)一步通過(guò)超表面的大規(guī)模陣列集成實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)光譜成像。該款實(shí)時(shí)超光譜成像芯片將單點(diǎn)光譜儀的尺寸縮小到百微米以下，空間分辨率超過(guò)15萬(wàn)光譜像素，即在0.5 cm2芯片上集成了15萬(wàn)個(gè)微型光譜儀，可快速獲得每個(gè)像素點(diǎn)的光譜，工作譜寬450~750 nm，分辨率高達(dá)0.8nm。 7aV%=_  
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研究團(tuán)隊(duì)與清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系洪波教授團(tuán)隊(duì)合作，基于該實(shí)時(shí)超光譜成像芯片首次測(cè)量了活體大鼠腦部血紅蛋白及其衍生物的特征光譜的動(dòng)態(tài)變化，時(shí)間分辨率高達(dá)30Hz。通過(guò)實(shí)時(shí)光譜成像，可獲取大鼠腦部不同位置的動(dòng)態(tài)光譜變化情況，結(jié)合血紅蛋白的特征吸收峰，分析獲取對(duì)應(yīng)血管區(qū)和非血管區(qū)血紅蛋白含量的變化情況，并可利用神經(jīng)血氧耦合的機(jī)制得出腦部神經(jīng)元的活躍狀態(tài)。 ntFT>g{B  
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