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高光譜成像技術是光譜技術與成像技術的結合，以多光譜遙感成像技術為基礎發(fā)展起來，可以捕獲和分析一片空間區(qū)域內逐點的光譜。高光譜成像技術最先應用于在航空、航天器上進行陸地、大氣、海洋的研究觀測。隨著技術的發(fā)展，高光譜成像技術已經開始在生物醫(yī)學等領域發(fā)揮出越來越重要的作用。

小型化、輕量化是高光譜設備主要的發(fā)展趨勢之一，但是光譜成像系統(tǒng)的光譜器件(色散元件或濾色片)和CMOS圖像傳感器等器件體積和質量普遍較大，限制了光譜成像系統(tǒng)的成像速度以及系統(tǒng)結構的簡化和設備體積的縮小。因此研發(fā)微型的成像器件對于高光譜成像設備的發(fā)展有著重要意義。

使用人工過濾器的計算性高光譜設備已顯示出作為緊湊型光譜設備的前景。然而，當前的設計受到有限的晶胞類型和幾何參數(shù)的限制，導致透射光譜之間的高互相關。這種限制使得基于壓縮傳感的光譜重建的要求無法得到滿足。為了解決這一問題，中科院蘇州醫(yī)工所團隊與中科院光電所團隊合作，提出并模擬了一種基于準隨機元表面超單元的計算高光譜設備的新設計。

據(jù)了解，準隨機超級單元嚴格對稱，對光譜器件的偏振敏感性較低，在復雜的環(huán)境中也可以獲得較好的檢測效果。而且超級單元表面超晶胞的尺寸擴展到波長以上，可以設計種類更豐富的單元結構，單元結構對應的透射光譜也有更多選擇，能夠更好地滿足壓縮感知算法的需求。同時超構表面的加工難度也因此降低，器件加工的成本和周期都得到了縮減。

研究人員針對窄帶光譜信號和寬帶光譜信號分別設計并制作了窄帶光譜重建和寬帶高光譜單次成像裝置。窄帶光譜重建裝置結合具有壓縮傳感的遺傳算法，可以重建具有6nm光譜分辨率和超低誤差的復雜窄帶高光譜信號。而寬帶高光譜設備重建得寬帶高光譜圖像平均信號保真度高達92%，還有可能集成到互補金屬氧化物半導體(CMOS)芯片中，用于單次成像。

編輯點評：該項研究成果將推動為小型化和便攜式高光譜設備和系統(tǒng)的研發(fā)，有助于高光譜研究設備在生物醫(yī)藥、環(huán)境檢測等領域拓展出更多的應用。

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