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體積、成本均降為傳統光學系統的11000,「求是光譜」推出手機光譜成像...

在過去,光譜成像技術一直在生物醫藥、航空航天、軍工等科研領域取得良好的應用,但由於其受到成本高昂、體積過大等方面的限制,遲遲未能得到大範圍的推廣。

為了讓光譜成像技術更好地應用於日常生活,求是光譜團隊利用前20年在該領域的科研積累,使用自研的“調製+解調”技術,並透過材料+演算法來替代傳統分光器件,從而在一顆CMOS晶片上同時實現成像和光譜功能。其中,影象資訊用於記錄物體的形貌,而光譜資訊用於

分析物質的組分和結構,兩種功能的結合將給手機、IoT、安防、醫療等領域帶來全新的功能

。光譜成像晶片有望成為繼彩色影象感測器之後的

下一代影象感測器

聯合創始人趙夏陽向36氪表示,傳統光譜成像裝置利用色散、濾波等分光技術原理來實現,功能強大但存在體積大、成本高等痛點。與傳統光譜成像技術相比,求是光譜研發的光譜晶片解決了體積和成本方面的問題。其

大小約為1/4英寸,比傳統光譜相機縮小了1000倍

。傳統光譜相機標價為數萬甚至幾十萬元,而光譜晶片成本僅為傳統裝置的千分之一。而且求是的光譜晶片在影象解析度、光譜解析度、感光效能、幀率等專業技術指標都達到領先水平。

在2017年組建公司後,求是光譜花了接近一年時間在單反相機上實現了光譜成像的全套功能,做出了第一代的原型機產品。之後於2019年在中芯國際完成首款光譜晶片流片,效能完全達到設計要求。截至目前,晶片已經過三次迭代,優化了晶片加工環節的技術引數,也重新設計晶片和模組的測試工藝,提高對晶片產品質量的把控。目前,求是光譜研發的晶片,

良品率都已達到95%

,滿足量產的要求。

應用領域方面,求是光譜晶片可應用於

智慧手機、IoT、醫療

等領域。首先在智慧手機應用上,光譜晶片實現以下多種新功能:1。實現膚色識別、膚質檢測,為女性使用者提供面板健康檢測和管理等新功能;2。實現螢幕藍光檢測、牙菌斑檢測等功能,讓父母更好保護子女眼睛和牙齒健康;3。光譜成像可模擬動物的視覺,讓小朋友看到動物眼中的世界是什麼樣子的;4。提供

色溫識別、綠植檢測、偽裝識別

等諸多功能,為使用者帶來全新體驗,從而有望解決手機目前同質化的痛點。

2020年,國內知名手機廠商與求是光譜簽訂了定製開發協議,委託求是團隊開發一款搭載在手機上的光譜晶片。目前該款晶片的硬體效能已達到設計指標要求,公司仍在持續開發後端軟體演算法以實現多方面功能。夏陽表示,預計

今年下半年,搭載求是光譜晶片的智慧手機將實現量產

並走向消費者。

求是光譜晶片

近幾年,人臉活體識別已經廣泛應用於支付、門禁、安防、智慧交通等多個領域。目前的活體檢測是

利用3D資訊以鑑別活體與非活體,以對抗照片、頭模等假樣本的攻擊

。這種方式需要多顆感測器以及高複雜度的器件,成本較高。光譜被譽為物質的“指紋”,人體面板具有非常特異性的光譜特徵,因此,光譜可作為活體檢測的有效手段。據趙夏陽透露,國內外科研機構已經充分論證了這條技術路線的可行性。然而,傳統光譜相機由於體積和成本大的痛點,無法大規模用於上述場景。

求是光譜成像晶片解決了一個最重要的環節。具體體現在其光譜晶片可同時採集影象和光譜資訊,影象資訊用於身份識別,光譜資訊用於活體檢測,達到既降低成本也保證精準度的效果。“這在應用上是一個新的突破。”夏陽說道。目前該款晶片在活體檢測上的精確度已與3D結構光檢測的結果接近,但

成本卻僅為後者的1/10

在醫療檢測方面,光譜晶片也有廣泛的應用。比如在內窺鏡上使用光譜晶片,能夠有效識別病變組織,有助於將部分癌症的確診率從

70%多提高至95%以上

癌變部位彩色內窺鏡照片

癌變部位光譜影象(偽色處理後)

(注:紅色標記的高度病變區域,在普通彩色內窺鏡下很難發現;而高光譜影象可有效識別該區域。圖片來源:李偉、呂蒙等,高光譜影象在生物醫學中的應用,中國影象圖形學報)

在農業、環保等領域,光譜成像晶片也展現出用武之地。無人機行業的龍頭企業大疆與極飛,均開發了具備光譜成像功能的機載遙感相機。與現有光譜相機相比,求是團隊用一顆光譜成像晶片就能達到普通多顆攝像頭的功能,在光譜範圍、重量、功耗、資料量及成本方面都具備一定優勢。

大疆精靈無人機及機載光譜相機

大疆機載光譜相機

除此之外,在智慧安防領域,團隊與知名安防企業正合作研發智慧安防產品的晶片。趙夏陽表示,這是由於光譜晶片的

進光量比市面上現有產品高出50%

,而智慧安防領域對於暗光拍攝的清晰度要求高,如果將光譜晶片的硬體技術與軟體演算法相結合,有望令影象識別的清晰度得到顯著提升。

普通彩色相機拍攝的畫面(原始影象)

求是光譜相機拍攝的畫面(原始影象)

透過以上兩張照片對比,求是光譜相機感光能力比普通彩色相機提高50%以上,影象亮度也優於普通彩色相機。

談及下一步計劃,趙夏陽表示,求是光譜今年在深圳設立全資子公司,以更好地實現在多個領域的應用落地。公司目前已積累一批合作伙伴,其中不乏手機、IoT、無人機、安防、生物醫療裝置等領域的行業龍頭。預計在1年以內,搭載求是光譜晶片的產品將推出市場。

團隊方面,求是光譜創始團隊主要來自於長春理工大學。 公司創始人姚治海教授與蔡紅星教授均為光譜領域知名學者,專注於光譜技術的研發和應用20餘年,其相關科技成果已應用於航空航天、軍工等高精尖領域。公司目前已有40餘人,其中

80%為技術人員

。核心技術團隊全部擁有博士學位,集合光學、材料、半導體、數學、人工智慧等多領域、多專業的頂尖人才。談及創立求是光譜的初衷,姚教授表示希望把自己的研究成果產業化,“讓光譜技術服務於人們的日常生活”。