北京理工大学研发全球首款百通道百万像素高光谱成像器件，实现光能利用率新突破

近日，北京理工大学张军院士团队在高光谱成像领域取得了突破性进展，首创片上光谱复用感知架构，自主研发出全球首款百通道百万像素的高光谱实时成像器件。这一新的成像器件以其超高的光能利用率，创造了国际上的新纪录，为高光谱成像技术的应用开辟了新的可能。

项目背景

高光谱成像技术因其能获取目标物体在多个波段的光谱信息，已经成为当前光学成像领域的研究热点。光谱被称为光的“基因”，能够深刻反映目标物体的材质以及光的反射与透射特性。在科学研究、环境监测、工业自动化等多个领域，高光谱成像技术具备无可替代的优势。传统的高光谱成像技术由于其几何分光与窄带测量的局限性，导致在提升空间、时间与光谱分辨率等性能上相互妥协，进而影响了系统的重量、体积与集成度，限制了其更广泛的应用。

项目团队简介

张军院士作为该项目的核心发起者，其领导下的团队成员包括北京理工大学的边丽蘅教授及其博士和硕士研究生。文章的通讯作者分别为张军院士与边丽蘅教授，整个项目由北京理工大学独立完成，充分体现了该校在此领域的研究实力与创新能力。

项目创新与技术突破

在该项目中，团队提出了一种全新的片上光谱复用感知理论，该理论对传统的几十年来的光谱成像模式进行了革新。通过颠覆传统的几何分光方式，团队成功实现了高光谱成像的片上宽带异化调控。更为重要的是，该团队研制的高光谱智能成像器件的光能利用率已从典型的不足25%跃升至74.8%，大幅提升了成像效率。

该高光谱成像器件具有严格的分类和高效的处理能力，工作波段范围覆盖光到近红外的超宽波段（400-1700nm），并且具备国际领先的空间、时间、光谱分辨率（1024×1024@124fps，96通道）。该器件仅重数十克，极大提高了其在野外或工业环境中应用的便利性。

应用前景

这款高光谱成像器件在多个领域的应用潜力巨大，包括遥感探测、生命健康监测、智慧农业以及工业自动化等。以下是该器件在各领域的具体应用示例：

1. 遥感探测： 该团队利用新型器件成功拍摄了月球表面的高清光谱视频，在弱光环境下实现对目标的动态远程监测，显示了该器件卓越的光能利用率和时空谱分辨率。这样的能力在未来的深空探测与地球观测中将具有重要意义。

2. 生命健康监测： 在生命健康领域，团队通过该器件实现了动态血氧监测以及水质污染分析。这不仅可以用于医院的实时健康监测，还可以应用于环境监测与灾害救助中，提升公众健康管理水平。

3. 智慧农业： 在农业领域，该器件可用于高精度叶绿素检测、果实糖度分析和水果淤伤监测，帮助农民更好地管理作物、提高产量并减少损失。

4. 工业自动化： 在工业生产中，该成像器件能够实现更高精度的纺织物自动分类，提高生产效率，降低人工成本，为工业智能化发展提供技术支持。

北京理工大学此次在高光谱成像领域的创新，标志着科研团队在技术和应用上的双重成功。随着这一新型高光谱智能成像器件的不断成熟及应用场景的拓展，未来在诸多领域内将促进更多科技的进步与发展，为实际问题提供更精准的解决方案。该成果充分展现了我国在光谱成像技术领域的前沿水平，未来将为全球的高光谱成像技术发展做出重要的贡献。据悉，这项研究成果的相关论文已在国际知名期刊《Nature》上发表，开启了片上光学研究的新天地，值得业界密切关注。