超光譜成像、傳感器件最新進展情況

　　芬蘭、德國和以色列的研究人員促進寬頻傳感技術的普及。

　　智能手機功能集成

　　在最近的幾個月，世界各地的許多機構在小型超光譜成像和傳感器件的開發與應用方面取得了巨大進步。

　　其中一個突出的進展來自于芬蘭國家技術研究中心，他們的一個研究小組被報道去年年底將一種新型光學傳感器移植到蘋果手機的鏡頭上，從而制造出全球第一臺超光譜移動設備。

　　近些年，這個小組開發出多種不同類型的新穎超光譜成像設備，其應用范圍包含從皮膚癌檢測到無人機環境監測，以及立方體衛星上的輕型相機等。這些成像設備都是基于法布里-珀羅干涉儀可調諧光學濾波器研制成的。

食物質量檢測

　　根據該研究小組組長Anna Rissanen的介紹，他們最近開發出一種新型基于微機電系統的法布里-珀羅干涉儀，這種干涉儀可以大規模制作，并且成本低廉，適用于智能手機中。

　　Rissanen說到：“我們想證明利用微機電法布里-珀羅干涉儀技術，可以將普通的蘋果手機轉變成超光譜成像設備。”

　　根據有關傳統超光譜成像器件工作的經驗，該小組相信隨著波長范圍的不同這項新技術將會在許多的領域得到應用。現在他們已經在食物質量檢測和人體健康監控方面展開研究。

　　Rissanen表示：“完全開發應用這項技術的重點在于這些超光譜數據是否能夠應用到程序算法之中，這是我們利用新方法理解周圍事物的關鍵。”

　　根據保密協定，她還不能透露這個即將商業化的微機電超光譜成像儀的細節信息，但是Rissanen表示她們正打算接洽不同類型的合作公司、供應鏈以及終端用戶需求，從而尋找更多的商業化途徑。

　　近年芬蘭國家技術研究中心已經與許多知名和初創公司建立了穩固的合作關系。這其中包含了Senop Oy公司（前身為Rikola公司）和Revenio公司。Senop Oy公司協助國家技術研究中心進行超光譜成像儀在無人機應用方面的商業化。而Revenio正進行用于皮膚癌檢測的超光譜相機的商業開發。

　　Reaktor空間實驗室也在積極研究將超光譜成像儀應用到立方衛星上。

　　Rissanen表示：“作為一個研究機構，芬蘭國家技術研究中心不會賣產品，我們的目標是與公司進行合作，致力于這種新型成像儀的商業開發。市場以及應用方面主要由這些合作伙伴決定。”

　　殺蟲劑檢測

　　另一個應用是德國弗勞恩霍夫研究所開發的HawkSpex應用，它利用集成超光譜成像的智能手機進行食品安全監測，可以用于檢查蘋果表面的藥物殘留。

　　實驗室版本的初始應用已經在弗勞恩霍夫研究所成功試用了，在今年晚些時候將投放商業應用。

超光譜微機電元件

　　另外，一家以色列初創公司Unispectral也在開發新型超光譜數字成像設備。該公司于2016年3月由Ariel Raz和David Mendlovic共同成立，脫胎于特拉維夫大學的一個超光譜研究項目。

　　除了用在智能手機上，該公司還堅信這種新技術可以在蓬勃發展的機器視覺領域得到大量應用。Unispectral公司的首席商務官Amir Lehr解釋道：“現代大多數采集到的圖像都被存儲、分享以及呈現出來，而這個成像技術的目標在于模仿人類的眼睛。未來，我們相信絕大多數的采集圖像將會用于計算決策分析。”

　　多數現代相機能夠模仿人眼，可以接收波長在400到670納米之間的光線，并按照貝爾模板圖像分為紅綠藍三種像素點。而特有的CMOS傳感器能夠接收近紅外光，波長可達到1000nm左右。

　　根據Lehr的介紹，這種傳感器在接收光波長方面具有靈活性，既能接收可見光也能接收不可見光，這有利于增強其在弱光等環境下的成像能力。

　　可調波長

　　這種靈活性得益于一個可調節波長的濾光器，它是一種可以用作法布里-珀羅干涉儀的微機電器件。這意味著Unispectral研究小組可以移除兩個平行的光學表面，同樣實現精確選擇透射光頻率。

　　Lehr說到：“濾光器的設計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鏡頭中，從而取代或者增添到貝爾紅綠藍圖像模板中。”

基于法布里-珀羅干涉儀的可調濾光器

　　根據使用環境要求由一個驅動器和相應的算法控制相機和濾光器，常規的CMOS傳感器結合這個濾光器后，能在400nm-1000nm的范圍內實現超光譜成像。他指出：“與不同的光傳感器結合將會得到不同波長范圍的成像。”

　　這一技術已經得到關注。就在一年前，Unisepctral完成了由以色列風險投資基金（JVP）領銜的750萬美元首輪融資，投資者包括羅伯特博世創業資本、三星催化基金以及特拉維夫大學技術創新動力基金。Unispectral公司已經認定了一些潛在的商業應用。

　　隨著Lehr所描述的這種超光譜傳感技術的普及，這將會給制藥、精準農業和智能食品等行業帶來利好。

　　Lehr說到：“我們相信與食品相關的成熟應用將會是這項技術的早期采用者，無論是在B2B市場還是在B2C市場。”

　　雖然現階段有關技術細節還無從得知，他表示該公司目前正與一些全球領先的公司接洽，致力于將這項新技術推向市場。

　　他表示：“我們目前正瞄準多個平臺，計劃于2018年開始部署產品，然后再進行擴張。”