A broadband hyperspectral image sensor with high spatio-temporal resolution

高光谱成像 宽带 遥感 高分辨率 计算机科学 图像(数学) 图像分辨率 计算机视觉 人工智能 环境科学 地质学 电信
作者
Liheng Bian,Zhen Wang,Yuzhe Zhang,Lianjie Li,Yinuo Zhang,Yang Chen,Fang Wen,Jiajun Zhao,Chunli Zhu,Qing‐Hao Meng,Xuan Peng,Jun Zhang
出处
期刊:Nature [Nature Portfolio]
卷期号:635 (8037): 73-81 被引量:146
标识
DOI:10.1038/s41586-024-08109-1
摘要

Hyperspectral imaging provides high-dimensional spatial-temporal-spectral information showing intrinsic matter characteristics1-5. Here we report an on-chip computational hyperspectral imaging framework with high spatial and temporal resolution. By integrating different broadband modulation materials on the image sensor chip, the target spectral information is non-uniformly and intrinsically coupled to each pixel with high light throughput. Using intelligent reconstruction algorithms, multi-channel images can be recovered from each frame, realizing real-time hyperspectral imaging. Following this framework, we fabricated a broadband visible-near-infrared (400-1,700 nm) hyperspectral image sensor using photolithography, with an average light throughput of 74.8% and 96 wavelength channels. The demonstrated resolution is 1,024 × 1,024 pixels at 124 fps. We demonstrated its wide applications, including chlorophyll and sugar quantification for intelligent agriculture, blood oxygen and water quality monitoring for human health, textile classification and apple bruise detection for industrial automation, and remote lunar detection for astronomy. The integrated hyperspectral image sensor weighs only tens of grams and can be assembled on various resource-limited platforms or equipped with off-the-shelf optical systems. The technique transforms the challenge of high-dimensional imaging from a high-cost manufacturing and cumbersome system to one that is solvable through on-chip compression and agile computation.
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