基于衍射光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的多光譜成像儀

自從多光譜成像技術(shù)發(fā)明以來，推動(dòng)了各個(gè)領(lǐng)域的重大進(jìn)步，其中包括環(huán)境監(jiān)測(cè)、天文學(xué)、農(nóng)業(yè)科學(xué)、生物醫(yī)學(xué)、醫(yī)學(xué)診斷和食品質(zhì)量控制。光譜成像設(shè)備最普遍和最常見的形式，是采用具備紅色(R)、綠色(G)和藍(lán)色(B)顏色通道收集信息的彩色相機(jī)。RGB彩色相機(jī)的傳統(tǒng)設(shè)計(jì)依賴于空間上位于2×2像素的周期性重復(fù)陣列上的光譜濾光片，每個(gè)子像素都包含一個(gè)吸收光譜濾光片，該濾光片傳輸紅色、綠色或藍(lán)色通道之一，同時(shí)阻擋其他通道的傳輸。

盡管它們廣泛應(yīng)用于各種成像，但存在吸收式濾波陣列的低功耗、高光譜串?dāng)_和較差的色彩表示質(zhì)量等諸多問題，擴(kuò)大這些吸收式濾波陣列的數(shù)量，以從許多不同的色帶收集更豐富的光譜信息帶來了各種各樣的挑戰(zhàn)。

加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員最近推出了一種快照多光譜成像儀，該成像儀使用衍射光學(xué)網(wǎng)絡(luò)而不是吸收濾光片，具有16個(gè)獨(dú)特的光譜波段，在輸出圖像視場(chǎng)有16個(gè)獨(dú)特的光譜帶周期性重復(fù)，形成一個(gè)虛擬的多光譜像素陣列?；谘苌渚W(wǎng)絡(luò)的多光譜成像儀采用深度學(xué)習(xí)技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，將輸入光譜通道在空間上分離到輸出像平面的不同像素點(diǎn)上，作為一個(gè)虛擬的光譜濾波器陣列，保留輸入場(chǎng)景或物體的空間信息，無需圖像重建算法即可瞬間生成圖像立方體。

基于衍射光學(xué)網(wǎng)絡(luò)的多光譜成像儀可實(shí)現(xiàn)高成像質(zhì)量和高光譜信號(hào)對(duì)比度。

因此，該衍射多光譜成像網(wǎng)絡(luò)可以將單色圖像傳感器無形中轉(zhuǎn)換為快照多光譜成像器件，無需常規(guī)的光譜濾波器或數(shù)字算法。發(fā)表在《光：科學(xué)與應(yīng)用》雜志上，基于衍射網(wǎng)絡(luò)的多光譜成像儀構(gòu)建，可提供高空間成像質(zhì)量和高光譜信號(hào)對(duì)比度，作者的研究表明，在不影響系統(tǒng)空間成像性能和光譜信號(hào)對(duì)比度的情況下，可以在不同波段之間實(shí)現(xiàn)約79%的平均傳輸效率。

審核編輯 黃宇