高光譜（Hyperspectral，HS）相機由于能夠在圖像的每個像素公業上提供豐富的光譜信息，促進了機器(qì)視覺、食品和農業分析、環境監測和健康護理等領域的*傳感應用。盡管空間掃描式、光譜掃了生描式和快照式這三種通(tōng)用類型的高光譜相機已有市售，但是它去門們(men)在工(gōng)業和消費領域的應用還存在很多障礙，例如(rú)與R機嗎GB相機相比，具有較低(dī)的靈敏度、分辨率和/或幀速率等。

新興的計算成像有潛力通(tōng)過優化硬件設計和圖像後處理來增強高光譜相機的傳感能力。壓縮傳感黃內是一種從欠采樣測量中有效獲取信号的技術，有助于提高許多傳感系統的性能。

*近的研究成果包括片上光譜器(qì)件和編碼孔徑快照光譜成快離像等。然而，目前還沒有制造出具有與RGB相機相當靈敏度和分辨率國高的視頻速率高光譜相機，因此阻礙了高光譜成像技術在工(gōng)業和消費領域的應用就多潛力。

據麥姆斯咨詢報道，日本松下控股公司（Panasonic Holdings Corporation）的Motoki Yako等研究人員近期在N船草ature Photonics上發表了一篇題為(wèi)“Vid謝理eo-rate hyperspectral camera based on 志唱a CMOS-compatible ran件錯dom array of Fabry-Pérot filters和自”的文章。在這篇文章中，研究人員展示了一種視頻速率高光譜相機，利用了坐高高效采集壓縮在二維傳感器(qì)信号中的空間和光譜信息。這款高光譜相機采用看業壓縮傳感，通(tōng)過将包含64個CMOS兼容的法布裡·珀羅（Fa得離bry-Pérot，F-P）濾波器(qì)陣列放置在單色圖像傳感器(qì)上，實現了空間-光譜編碼。

該濾波器(qì)陣列提供了高光學傳輸，同道空時(shí)*小(xiǎo)化後續叠代圖學計像重建中的重建誤差。該高光譜相機對可見光的靈敏度為(wèi)45%，空間去作分辨率為(wèi)3  px（3 dB對比山兵度），并提供32.3 fps的幀速率 （VGA分辨率森放）。這些指标與等效RGB相機相當，因此，能夠滿足實際應用的要求。

在該高光譜成像方案中，來自物體的光由測量矩陣進行空間和光譜編碼，然後基于物體數高的空間稀疏性進行圖像重建。其測量矩陣被實現為(wèi)一種空間随機透射率模式歌討的編碼掩模，不(bù)同波長(cháng筆開)之間具有較小(xiǎo)的相關性，即光譜随機性。

采用一種空間-光譜編碼掩模的高光譜相機

如(rú)上圖c所示，編碼掩模直接放置在單色圖像傳感器(qì)上，對于大(dà)規模量産，可以使用CMOS兼容的工(gōng)藝将窗煙其單片集成到傳感器(qì)上。編碼掩模是像開城素間距為(wèi)5.5  μm的正方形單元陣這低列，與圖像傳感器(qì)的像素間距匹配。

編碼掩模中Fabry-Pérot濾波器(q學說ì)結構和特性

高光譜相機圖像采集的實驗結果

總結來說(shuō)，研究人員展示了一種可比拟RGB相機靈街服敏度和分辨率的視頻速率高光譜相機。通(tōng)過将C章空MOS兼容的空間和光譜随機編碼掩模集成到單色圖像傳感器(qì)上，從而實現了玩人這種高光譜相機的制造。該相機對可見光的靈敏度為(wèi)45%，空間分辨劇畫率為(wèi)3 px（3 dB對比度），從而提供了與标準RGB相機相當的靜熱性能。

通(tōng)過假設空間稀疏性的叠代圖像重建，獲得(de)員費了平均*誤差為(wèi)2.2%的高光譜圖像。通(音舞tōng)過使用叠代圖像重建實現了32.3 fps的幀速率（VGA分辨率），花年并可以通(tōng)過基于人工(gōng)智能（AI）的重建進一步增強到全高清分辨率。

其實用的靈敏度、緊湊的尺寸和數據壓縮等優勢，為(wèi)高光譜成像技術你討在智能手機、無人機和物聯網（IoT）設備等各種場景中的廣泛應用帶來了無限可能。

審核編輯：劉清