在最近的幾個(gè)月，世界各地的許多機(jī)構(gòu)在小型超光譜成像和傳感器件的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用方面取得了巨大進(jìn)步。尤其是芬蘭、德國(guó)和以色列研究人員的新成果促進(jìn)了寬頻傳感技術(shù)的普及。

基于法布里-珀羅干涉儀的可調(diào)濾光器

智能手機(jī)功能集成

芬蘭國(guó)家技術(shù)研究中心的一個(gè)研究小組被報(bào)道去年年底將一種新型光學(xué)傳感器移植到蘋(píng)果手機(jī)的鏡頭上，從而制造出全球第一臺(tái)超光譜移動(dòng)設(shè)備。

近些年，這個(gè)小組開(kāi)發(fā)出多種不同類型的新穎超光譜成像設(shè)備，其應(yīng)用范圍包含從皮膚癌檢測(cè)到無(wú)人機(jī)環(huán)境監(jiān)測(cè)，以及立方體衛(wèi)星上的輕型相機(jī)等。這些成像設(shè)備都是基于法布里-珀羅干涉儀可調(diào)諧光學(xué)濾波器研制成的。

食物質(zhì)量檢測(cè)

根據(jù)該研究小組組長(zhǎng)AnnaRissanen的介紹，他們最近開(kāi)發(fā)出一種新型基于微機(jī)電系統(tǒng)的法布里-珀羅干涉儀，這種干涉儀可以大規(guī)模制作，并且成本低廉，適用于智能手機(jī)中。

Rissanen說(shuō)到：“我們想證明利用微機(jī)電法布里-珀羅干涉儀技術(shù)，可以將普通的蘋(píng)果手機(jī)轉(zhuǎn)變成超光譜成像設(shè)備?！?/p>

根據(jù)有關(guān)傳統(tǒng)超光譜成像器件工作的經(jīng)驗(yàn)，該小組相信隨著波長(zhǎng)范圍的不同這項(xiàng)新技術(shù)將會(huì)在許多的領(lǐng)域得到應(yīng)用。現(xiàn)在他們已經(jīng)在食物質(zhì)量檢測(cè)和人體健康監(jiān)控方面展開(kāi)研究。

Rissanen表示：“完全開(kāi)發(fā)應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)的重點(diǎn)在于這些超光譜數(shù)據(jù)是否能夠應(yīng)用到程序算法之中，這是我們利用新方法理解周圍事物的關(guān)鍵?！?/p>

根據(jù)保密協(xié)定，她還不能透露這個(gè)即將商業(yè)化的微機(jī)電超光譜成像儀的細(xì)節(jié)信息，但是Rissanen表示她們正打算接洽不同類型的合作公司、供應(yīng)鏈以及終端用戶需求，從而尋找更多的商業(yè)化途徑。

近年芬蘭國(guó)家技術(shù)研究中心已經(jīng)與許多知名和初創(chuàng)公司建立了穩(wěn)固的合作關(guān)系。這其中包含了SenopOy公司(前身為Rikola公司)和Revenio公司。SenopOy公司協(xié)助國(guó)家技術(shù)研究中心進(jìn)行超光譜成像儀在無(wú)人機(jī)應(yīng)用方面的商業(yè)化。而Revenio正進(jìn)行用于皮膚癌檢測(cè)的超光譜相機(jī)的商業(yè)開(kāi)發(fā)。

Reaktor空間實(shí)驗(yàn)室也在積極研究將超光譜成像儀應(yīng)用到立方衛(wèi)星上。

Rissanen表示：“作為一個(gè)研究機(jī)構(gòu)，芬蘭國(guó)家技術(shù)研究中心不會(huì)賣(mài)產(chǎn)品，我們的目標(biāo)是與公司進(jìn)行合作，致力于這種新型成像儀的商業(yè)開(kāi)發(fā)。市場(chǎng)以及應(yīng)用方面主要由這些合作伙伴決定。”

殺蟲(chóng)劑檢測(cè)

另一個(gè)應(yīng)用是德國(guó)弗勞恩霍夫研究所開(kāi)發(fā)的HawkSpex應(yīng)用，它利用集成超光譜成像的智能手機(jī)進(jìn)行食品安全監(jiān)測(cè)，可以用于檢查蘋(píng)果表面的藥物殘留。

實(shí)驗(yàn)室版本的初始應(yīng)用已經(jīng)在弗勞恩霍夫研究所成功試用了，在今年晚些時(shí)候?qū)⑼斗派虡I(yè)應(yīng)用。

另外，一家以色列初創(chuàng)公司Unispectral也在開(kāi)發(fā)新型超光譜數(shù)字成像設(shè)備。該公司于2016年3月由ArielRaz和DavidMendlovic共同成立，脫胎于特拉維夫大學(xué)的一個(gè)超光譜研究項(xiàng)目。

除了用在智能手機(jī)上，該公司還堅(jiān)信這種新技術(shù)可以在蓬勃發(fā)展的機(jī)器視覺(jué)領(lǐng)域得到大量應(yīng)用。Unispectral公司的首席商務(wù)官AmirLehr解釋道：“現(xiàn)代大多數(shù)采集到的圖像都被存儲(chǔ)、分享以及呈現(xiàn)出來(lái)，而這個(gè)成像技術(shù)的目標(biāo)在于模仿人類的眼睛。未來(lái)，我們相信絕大多數(shù)的采集圖像將會(huì)用于計(jì)算決策分析。”

多數(shù)現(xiàn)代相機(jī)能夠模仿人眼，可以接收波長(zhǎng)在400到670納米之間的光線，并按照貝爾模板圖像分為紅綠藍(lán)三種像素點(diǎn)。而特有的CMOS傳感器能夠接收近紅外光，波長(zhǎng)可達(dá)到1000nm左右。

根據(jù)Lehr的介紹，這種傳感器在接收光波長(zhǎng)方面具有靈活性，既能接收可見(jiàn)光也能接收不可見(jiàn)光，這有利于增強(qiáng)其在弱光等環(huán)境下的成像能力。

可調(diào)波長(zhǎng)

這種靈活性得益于一個(gè)可調(diào)節(jié)波長(zhǎng)的濾光器，它是一種可以用作法布里-珀羅干涉儀的微機(jī)電器件。這意味著Unispectral研究小組可以移除兩個(gè)平行的光學(xué)表面，同樣實(shí)現(xiàn)精確選擇透射光頻率。

Lehr說(shuō)到：“濾光器的設(shè)計(jì)以及表面涂層決定了濾光器的透射曲線。這種濾光器被集成到相機(jī)鏡頭中，從而取代或者增添到貝爾紅綠藍(lán)圖像模板中?！?/p>

根據(jù)使用環(huán)境要求由一個(gè)驅(qū)動(dòng)器和相應(yīng)的算法控制相機(jī)和濾光器，常規(guī)的CMOS傳感器結(jié)合這個(gè)濾光器后，能在400nm-1000nm的范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)超光譜成像。他指出：“與不同的光傳感器結(jié)合將會(huì)得到不同波長(zhǎng)范圍的成像?！?/p>

這一技術(shù)已經(jīng)得到關(guān)注。就在一年前，Unisepctral完成了由以色列風(fēng)險(xiǎn)投資基金(JVP)領(lǐng)銜的750萬(wàn)美元首輪融資，投資者包括羅伯特博世創(chuàng)業(yè)資本、三星催化基金以及特拉維夫大學(xué)技術(shù)創(chuàng)新動(dòng)力基金。Unispectral公司已經(jīng)認(rèn)定了一些潛在的商業(yè)應(yīng)用。

隨著Lehr所描述的這種超光譜傳感技術(shù)的普及，這將會(huì)給制藥、精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)和智能食品等行業(yè)帶來(lái)利好。

Lehr說(shuō)到：“我們相信與食品相關(guān)的成熟應(yīng)用將會(huì)是這項(xiàng)技術(shù)的早期采用者，無(wú)論是在B2B市場(chǎng)還是在B2C市場(chǎng)?！?/p>

雖然現(xiàn)階段有關(guān)技術(shù)細(xì)節(jié)還無(wú)從得知，他表示該公司目前正與一些全球領(lǐng)先的公司接洽，致力于將這項(xiàng)新技術(shù)推向市場(chǎng)。

他表示：“我們目前正瞄準(zhǔn)多個(gè)平臺(tái)，計(jì)劃于2018年開(kāi)始部署產(chǎn)品，然后再進(jìn)行擴(kuò)張?！?/p>

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