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超光谱成像和传感器件技术获突破 应用于多个领域

仪表研发中国仪表网2017年04月28日 17:21:02人气:18007

  【中国仪表网 仪表研发】在最近的几个月,世界各地的许多机构在小型超光谱成像和传感器件的开发与应用方面取得了巨大进步。尤其是芬兰、德国和以色列研究人员的新成果促进了宽频传感技术的普及。



  智能手机功能集成
  
  芬兰国家技术研究中心的一个研究小组被报道去年年底将一种新型光学传感器移植到苹果手机的镜头上,从而制造出全球第一台超光谱移动设备。
  
  近些年,这个小组开发出多种不同类型的新颖超光谱成像设备,其应用范围包含从皮肤癌检测到无人机环境监测,以及立方体卫星上的轻型相机等。这些成像设备都是基于法布里-珀罗干涉仪可调谐光学滤波器研制成的。
  
  食物质量检测
  
  根据该研究小组组长Anna Rissanen的介绍,他们最近开发出一种新型基于微机电系统的法布里-珀罗干涉仪,这种干涉仪可以大规模制作,并且成本低廉,适用于智能手机中。
  
  说到:“我们想证明利用微机电法布里-珀罗干涉仪技术,可以将普通的苹果手机转变成超光谱成像设备。”
  
  根据有关传统超光谱成像器件工作的经验,该小组相信随着波长范围的不同这项新技术将会在许多的领域得到应用。现在他们已经在食物质量检测和人体健康监控方面展开研究。
  
  表示:“完全开发应用这项技术的重点在于这些超光谱数据是否能够应用到程序算法之中,这是我们利用新方法理解周围事物的关键。”
  
  根据保密协定,她还不能透露这个即将商业化的微机电超光谱成像仪的细节信息,但是Rissanen表示她们正打算接洽不同类型的合作公司、供应链以及终端用户需求,从而寻找更多的商业化途径。
  
  近年芬兰国家技术研究中心已经与许多知名和初创公司建立了稳固的合作关系。这其中包含了Senop Oy公司(前身为Rikola公司)和Revenio公司。Senop Oy公司协助国家技术研究中心进行超光谱成像仪在无人机应用方面的商业化。而Revenio正进行用于皮肤癌检测的超光谱相机的商业开发。
  
  空间实验室也在积极研究将超光谱成像仪应用到立方卫星上。
  
  表示:“作为一个研究机构,芬兰国家技术研究中心不会卖产品,我们的目标是与公司进行合作,致力于这种新型成像仪的商业开发。市场以及应用方面主要由这些合作伙伴决定。”
  
  杀虫剂检测
  
  另一个应用是德国弗劳恩霍夫研究所开发的HawkSpex应用,它利用集成超光谱成像的智能手机进行食品安全监测,可以用于检查苹果表面的药物残留。
  
  实验室版本的初始应用已经在弗劳恩霍夫研究所成功试用了,在今年晚些时候将投放商业应用。
  
  另外,一家以色列初创公司Unispectral也在开发新型超光谱数字成像设备。该公司于2016年3月由Ariel Raz和David Mendlovic共同成立,脱胎于特拉维夫大学的一个超光谱研究项目。
  
  除了用在智能手机上,该公司还坚信这种新技术可以在蓬勃发展的机器视觉领域得到大量应用。Unispectral公司的首席商务官Amir Lehr解释道:“现代大多数采集到的图像都被存储、分享以及呈现出来,而这个成像技术的目标在于模仿人类的眼睛。未来,我们相信绝大多数的采集图像将会用于计算决策分析。”
  
  多数现代相机能够模仿人眼,可以接收波长在400到670纳米之间的光线,并按照贝尔模板图像分为红绿蓝三种像素点。而特有的CMOS传感器能够接收近红外光,波长可达到1000nm左右。
  
  根据Lehr的介绍,这种传感器在接收光波长方面具有灵活性,既能接收可见光也能接收不可见光,这有利于增强其在弱光等环境下的成像能力。
  
  可调波长
  
  这种灵活性得益于一个可调节波长的滤光器,它是一种可以用作法布里-珀罗干涉仪的微机电器件。这意味着Unispectral研究小组可以移除两个平行的光学表面,同样实现精确选择透射光频率。
  
  Lehr说到:“滤光器的设计以及表面涂层决定了滤光器的透射曲线。这种滤光器被集成到相机镜头中,从而取代或者增添到贝尔红绿蓝图像模板中。”
  
  根据使用环境要求由一个驱动器和相应的算法控制相机和滤光器,常规的CMOS传感器结合这个滤光器后,能在400nm-1000nm的范围内实现超光谱成像。他指出:“与不同的光传感器结合将会得到不同波长范围的成像。”
  
  这一技术已经得到关注。就在一年前,Unisepctral完成了由以色列风险投资基金(JVP)领衔的750万美元首轮融资,投资者包括罗伯特博世创业资本、三星催化基金以及特拉维夫大学技术创新动力基金。Unispectral公司已经认定了一些潜在的商业应用。
  
  随着Lehr所描述的这种超光谱传感技术的普及,这将会给制药、精准农业和智能食品等行业带来利好。
  
  Lehr说到:“我们相信与食品相关的成熟应用将会是这项技术的早期采用者,无论是在B2B市场还是在B2C市场。”
  
  虽然现阶段有关技术细节还无从得知,他表示该公司目前正与一些全球领先的公司接洽,致力于将这项新技术推向市场。
  
  他表示:“我们目前正瞄准多个平台,计划于2018年开始部署产品,然后再进行扩张。”

  (原文标题:超光谱成像和传感器件最新进展情况)

(本文来源:中国光学期刊网转载请注明出处
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