光譜傳感微型化，為消費(fèi)類和商業(yè)應(yīng)用帶來專業(yè)級(jí)性能

你對(duì)當(dāng)前智能手機(jī)攝像頭的色彩還原滿意嗎？是否設(shè)想過用智能手機(jī)或其他家電檢測(cè)材料成分，甚至評(píng)估食品的新鮮度？微型光譜儀和多光譜相機(jī)等新興圖像傳感技術(shù)有望提供有效且經(jīng)濟(jì)的解決方案。通過檢測(cè)光譜信息而不僅僅是簡(jiǎn)單的RGB色彩信息，它們能夠以經(jīng)濟(jì)的價(jià)格提供過去需要專業(yè)設(shè)備才能呈現(xiàn)的豐富信息。

據(jù)麥姆斯咨詢介紹，超越人眼視覺的需求日益增長(zhǎng)，以價(jià)格經(jīng)濟(jì)的傳感器捕獲光譜信息是這一趨勢(shì)的重要部分。隨著機(jī)器視覺能力的不斷提高，支撐其圖像分析的算法需要比傳統(tǒng)RGB圖像傳感器更全面的輸入數(shù)據(jù)。

應(yīng)用機(jī)遇

智能手機(jī)為了追求差異化而不斷增加更多的功能，光譜圖像傳感器有望成為下一個(gè)引爆點(diǎn)。2021年，德國研究中心弗勞恩霍夫ENAS宣布將制造一種用于智能手機(jī)的紅外光譜儀，重量?jī)H1克，成本僅為1美元。傳統(tǒng)經(jīng)典紅外光譜儀往往重達(dá)幾公斤，耗資數(shù)千美元。弗勞恩霍夫ENAS的低成本光譜儀將能夠檢測(cè)藥物，測(cè)試空氣質(zhì)量，以及分析食品新鮮度。

比利時(shí)初創(chuàng)公司Spectricity則是一家將平價(jià)光譜傳感商業(yè)化的知名公司。今年早些時(shí)候，該公司發(fā)布了其首款產(chǎn)品——一種小型化多光譜圖像傳感器，可檢測(cè)可見光區(qū)域的16個(gè)色彩通道。與傳統(tǒng)傳感器相比，更高的光譜分辨率能夠?qū)崿F(xiàn)更準(zhǔn)確的顏色再現(xiàn)，這意味著有望為智能手機(jī)提供更準(zhǔn)確的色彩還原。而攝像頭已經(jīng)成為消費(fèi)者選擇智能手機(jī)的決定性因素之一。

Spectricity多光譜圖像傳感器S1

近期，Si-Ware Systems宣布與農(nóng)業(yè)飼料專家Cargill Animal Nutrition達(dá)成合作協(xié)議，Si-Ware研發(fā)的基于MEMS傅里葉變換紅外（FTIR）技術(shù)的近紅外光譜分析平臺(tái)“NeoSpectra”將被用于北美奶牛場(chǎng)。近紅外光譜分析平臺(tái)NeoSpectra基于Si-Ware獨(dú)特的硅集成微光學(xué)系統(tǒng)技術(shù)（SiMOST），可使光譜儀的光學(xué)元件及邁克爾遜干涉儀在硅上構(gòu)建多個(gè)光學(xué)元件，從而實(shí)現(xiàn)低成本、小型化的單芯片FTIR光譜儀。NeoSpectra平臺(tái)的工作范圍為1100nm ~ 2500nm的近紅外光譜區(qū)，可用于各種應(yīng)用領(lǐng)域的材料成分分析和識(shí)別。

NeoSpectra手持掃描儀

另一個(gè)可以通過光譜傳感受益的消費(fèi)類應(yīng)用是可穿戴健康監(jiān)測(cè)。雖然，現(xiàn)在的智能手表已經(jīng)可以利用LED光傳感器跟蹤監(jiān)測(cè)心率、血氧、睡眠和呼吸，但更復(fù)雜的傳感器可以提供更強(qiáng)大的功能。例如，通過利用一種新興的SWIR（短波紅外）檢測(cè)技術(shù)（如量子點(diǎn)），可以檢測(cè)可見光和NIR（近紅外）無法檢測(cè)到的生物標(biāo)志物。由此，可穿戴設(shè)備可以監(jiān)測(cè)葡萄糖、乳酸、水合作用和酒精水平，為當(dāng)前功能日益趨同的智能手表提供顯著的差異化優(yōu)勢(shì)，大大增強(qiáng)了產(chǎn)品吸引力。

據(jù)麥姆斯咨詢此前報(bào)道，蘋果公司一項(xiàng)可追溯到Steve Jobs時(shí)代的“登月式”項(xiàng)目——無創(chuàng)連續(xù)血糖監(jiān)測(cè)近期取得了突破。這項(xiàng)被蘋果公司稱為E5的“血糖監(jiān)測(cè)”秘密工程的目標(biāo)是測(cè)量人體內(nèi)的葡萄糖含量，但是無需像傳統(tǒng)方式那樣刺破皮膚獲取血液。倘若該項(xiàng)目成功商業(yè)化，將成為蘋果又一項(xiàng)“史詩級(jí)”的功能，引領(lǐng)健康監(jiān)測(cè)行業(yè)變革浪潮。

隨著消費(fèi)電子產(chǎn)品的發(fā)展，微型光譜儀和多光譜相機(jī)還有望在工業(yè)檢測(cè)和機(jī)器人等領(lǐng)域取得進(jìn)展。它們重量輕、成本經(jīng)濟(jì)，可以很容易地集成到現(xiàn)有設(shè)備中。其中，最有前景的應(yīng)用是物體識(shí)別和材料區(qū)分，在區(qū)分人眼難以分辨的材料（如不同的塑料或油/水）時(shí)尤其有用。

展望

憑借微型光譜儀和多光譜傳感器的緊湊性和經(jīng)濟(jì)性，它們有望為手持設(shè)備、便攜式電子設(shè)備、可穿戴設(shè)備和工業(yè)成像檢查設(shè)備帶來新的功能。曾經(jīng)實(shí)驗(yàn)室級(jí)設(shè)備專有的功能，未來可以廣泛應(yīng)用于智能手表、智能手機(jī)甚至掃地機(jī)等。

按應(yīng)用和檢測(cè)波段細(xì)分的2033年微型光譜傳感市場(chǎng)（來源：《新興圖像傳感器技術(shù)及市場(chǎng)-2023版》）

當(dāng)下蓬勃發(fā)展的新興圖像傳感器技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)產(chǎn)品的分辨率和波長(zhǎng)檢測(cè)范圍。這些新興的傳感技術(shù)有望在醫(yī)療保健、生物識(shí)別、自動(dòng)駕駛、農(nóng)業(yè)、化學(xué)物質(zhì)和食品檢驗(yàn)等眾多領(lǐng)域找到關(guān)鍵應(yīng)用。IDTechEx預(yù)計(jì)，隨著自動(dòng)駕駛和智能機(jī)器人等自主技術(shù)的日益重要，將助推新興圖像傳感器市場(chǎng)快速增長(zhǎng)。

審核編輯 ：李倩