高空间分辨率

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高空间分辨率相关的耗材

  • NBS 5分辨率靶、NBS 1963A分辨率靶
    NBS 5分辨率靶又称NBS 1963A分辨率靶,提供26个线组,从1个/毫米到18个/毫米,对应的线大小为1.0 mm到55.6 μm.图样上的每一组线含有水平线和垂直线。如图所示。通过识别系统能分辨的频率最高的线组,可以确定光学系统的分辨率。分辨靶正靶片是将铬图样电镀到透明玻璃(B270玻璃 )上而制成的,适合用于前向照明和普通应用。板大小75mm×75mm。欢迎登陆海德网站或来电获取详细信息。?订购信息:货号产品描述规格R67NBS 5 Bar Test Chart(BS4657),正片,75mm×75mm 个 价格请电询
  • NBS 5分辨率靶
    NBS 5分辨率靶又称NBS 1963A分辨率靶,提供26个线组,从1个/毫米到18个/毫米,对应的线大小为1.0 mm到55.6 μm.图样上的每一组线含有水平线和垂直线。如图所示。通过识别系统能分辨的频率最高的线组,可以确定光学系统的分辨率。分辨靶正靶片是将铬图样电镀到透明玻璃(B270玻璃 )上而制成的,适合用于前向照明和普通应用。板大小75mm×75mm。欢迎登陆海德网站或来电获取详细信息。 订购信息:货号产品描述规格R67NBS 5 Bar Test Chart(BS4657),正片,75mm×75mm 个
  • HR4000高分辨率光谱仪
    HR4000高分辨率光谱仪我们的新一代的高分辨率光谱仪,是全新的光学和电子学器件组合。适合应用于激光特征分析,气体吸光度测量和确定原子散射线等领域。HR4000配有全新的Toshiba3648像素CCD阵列探测器,光学分辨率可达0.2 nm(FWHM)。特点: 高分辨率,最高分辨率可达0.02nm(FWHM) 电子快门避免饱和度问题 板载微控制器 即插即用USB接口 光学平台 采样附件光谱分辨率(FWFM)可达0.02nmHR4000是我们新一代高分辨率的光谱仪,它采用了Toshiba的3648像元的线阵CCD,光学分辨率可达0.02nm(FWHM)。HR4000光谱范围为200-1100nm,具体的光谱范围和分辨率配置取决于实际光栅和狭缝的选择。HR4000适用于激光测量、气体吸收测量以及原子辐射线的测量等领域。电子快门避免饱和度问题软件中积分时间的可由用户设定,它类似于一个照相机的快门速度:积分时间值即是探测器“察看”所进入光子的总体时间。因为,Toshiba探测器有一个电子快门,你可通过软件设定最小积分时间到3.8毫秒,这样就允许你可以测量像激光脉冲如此短暂的事件。使光谱仪的积分时间缩短的能力也消除了在高光水平应用领域如激光分析的饱和度问题。 板载微控制器 HR4000的板载微控制器使得对光谱仪的控制非常方便。通过一个30针的连接器,您可以在软件中设置所有的光谱仪操作参数:控制光源、操作进程以及从外部对象获取信息等。配备有10个用于外部设备接口的用户可编程I/O端口、一个模拟输入和一个模拟输出接口,以及一个用于触发其它设备的脉冲发生器。 即插即用USB HR4000通过USB2.0或RS-232串口和PC、PLC或其它嵌入式系统相连。在串口模式下,HR4000需要额外的5伏供电电源(不包含在产品中)。每台光谱仪特有的参数被编程存储在系统的内存芯片中,可以非常方便地被光谱仪操作软件读取。光学平台 用户通常要求光谱仪可以适合他们的特殊需要,所以HR4000光谱仪可以根据您的应用需要配置光学平台。您可以选择狭缝尺寸,探测器,滤光片和光栅等。 采样附件 HR4-BREAKOUT 是一个被动模块,提供HR2000+不同功能的接口。BREAKOUT盒可与多种与光谱仪的连接如:外触发器、GPIO、光源、RS-232和模拟输入/输出。 Specifications

高空间分辨率相关的仪器

  • 国内首推科学级制冷型高分辨率ICCD 相机,在像增强器与科研制冷型的CCD相机之间,采用高分辨率的镜头耦合方式耦合成像, 获得60lp/mm 空间高分辨率,实现对高分辨率成像或高分辨瞬态光谱采集。 ● 科学级制冷型ICCD● 18mm口径二代高效像增强器● 宽光谱响应范围:S20:200-850nm & S25R:400-1100nm● 光学快门: 3ns● 延迟与门控调节精度:10ps● 阴极门控*高外同步频率 300KHZ ● 内置时序控制器DDG● 高空间分辨率:Std 50lp/mm,Option :60lp/mm● CCD芯片: 高分辨2750*2200像素阵列● 位深: 16bit● 制冷温度: -10℃ @ 风冷● 配合高分辨光谱仪实现瞬态光谱采集● 专业化数据采集控制软件独特亮点制冷型ICCD-10度芯片制冷温度,有效减低芯片暗噪声,安静读出超快光学门宽3ns 阴极光学门宽,实现**测量内置DDG内置精度10ps 门控与延迟控制发射器,方便随心控制自动步进STEP延迟和门控自动Step 步进功能,一键完成时间分辨光谱采集高空间分辨率高空间分辨率像增强器及镜头耦合,获得60lp/mm 空间分辨IOC 模式300kHZ阴极快门外同步频率,IOC 芯片累积模式提升信噪比Binning and ROI实现芯片FVB Binning以及 多通道光谱同时采集专业化软件采集控制&光谱仪控制,数据处理专业化界面,简单快捷ICCD像增强型高分辨率相机技术参数 CCD相机像素阵列2750*2200阵面尺寸12.48*9.98mm (15.972 mm Diag.)像素大小4.54um*4.54um传感器类型CCD Sensor读出噪声5e-暗电流0.02e- / pixel / s @-10℃位深16bitBining& ROIFVB: 垂直方向全Binning光谱模式& 多通道 ROI及FVB数字接口UBS2.0像增强器MCP光阴极S20BS25R有效口径18mm18mm光谱范围200-850nm400-1100nm峰值量子效率20% @440nm22%@720nm等效噪声(EBI) 2 x 10-7 lux @ 20 °C ± 2 °C 5 x 10-7 Lux光子增益1*1041.4*104荧光屏P20 /P43P43空间分辨率标准:50lp/mm ; 高分辨率选项: 60lp/mm光学门控宽度3ns (Mesh)Fast10ns, Slow 100ns内部DDG 控制延迟和门宽调节范围0-10s延迟和门宽调节精度10ps同步接口外触发输入,触发输出,直接触发输入(Direct gate)触发信号触发阈值 1-5V, 阻抗50欧姆,抖动100ps触发固有延迟40ns @ Direct gate , 120ns@ Ext外触发*增强器光阴极量子效率曲线型号选择SIC: Scientific Intensified Camera● 18/25 18或25m 口径增强器● U/F/S Ultrfast gate =3ns , Fast gate 10ns, Slow gate: 100ns● UV/VN:UV-VIS 200-900nm;VIS-NIR : 400-1100nm● 6M/4M : 600万像素 CCD 2750*2200 400万像素sCMOS 2048*2048● L/F: L高分辨镜头耦合 F 高通量光纤面板耦合 ICCD像增强型高分辨率相机常见型号列表
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  • 简介质谱成像(Mass Spectrometry Imaging)是一种新型的表面原位分析技术,它揭示了样品真正表面或近表面的化学组成,其信息量远远超过了简单的化学成分分析,可以用于表征、鉴定待测样品表面的化学成分。较之其他成像技术,如显微镜成像,基于质谱的成像方法不局限于特异的一种或者几种分子,分析物可以以其最初的形态被检测,不需要对待测物进行标记,大大节省了标记所带来的技术和时间成本。目前主要有三种离子化技术用于质谱成像:基质辅助激光解吸电离(MALDI)质谱、电喷雾解吸电离(Desorption Electrospray Ionization)质谱和二次离子质谱(Secondary Ion Mass Spectrometry)技术,其中MALDI是应用最为广泛的离子化技术。MALDI通过引入基质分子,使分子与基质形成共结晶,当用一定强度的激光照射样品与基质形成的共结晶薄膜,基质从激光中吸收能量而使分子解吸/电离。MALDI是一种软电离技术,待测分子不易产生碎片,解决了非挥发性和热不稳定性生物大分子解吸离子化的问题,是分析难挥发的有机物质的重要手段之一。在1994年,德国吉森大学(Justus Liebig University Giessen)的Bernhard Spengler教授首次将MALDI MS与成像方法结合用于分析多肽,此后质谱成像技术便受到了广泛的关注,不断的在疾病诊断,病理组织特征,药物代谢和植物代谢等研究中发挥着越来越重要的角色。一、仪器设备概况德国TransMIT AP-SMALDI 10是由世界知名质谱学家Bernhard Spengler教授研制成功并商品化的常压基质辅助激光解吸电离离子源,是目前MALDI质谱成像中分辨率很高的离子源(分辨率高达到1微米),突破了MALDI质谱成像空间分辨有效成像像素限制在50微米的瓶颈。与其他MALDI产品相比,该离子源在提高空间分辨率的同时保证了质谱信号的灵敏度,是检测生物样品中微量以及痕量成分的重要保障。TransMIT AP-SMALDI 10可与超高分辨质谱Orbitrap(Thermo Fisher Scientific)兼容,可同时获得高空间分辨率和高质量准确度和分辨率的二维离子密度图,实现了真正意义上的高分辨质谱成像。TransMIT AP-SMALDI 10与同领域其他设备,其具体优势体现在以下几个方面:1. 常压到中压的操作环境,大大简化了样品制备的方法,节约了成本。传统的MALDI样品分析是在真空条件下进行,操作要求高,且随着分析时间的延长,会导致基质在真空条件下挥发损失,造成分子离子峰的信号衰减和成像误差;2. 小于5微米的高空间分辨率,能够可视化生物组织内化合物在细胞水平上的空间分布,并且可用于单细胞质谱成像分析;3. 采用激光束和离子流的同轴设计,大大提高了样品表面分子离子的产率;4. 采用激光器,即无害免控激光器,在使用过程中对人体无任何危险;5. 配有专用于高分辨质谱成像的数据分析软件;6. 可与Thermo Scientific Q Exactive系列质谱仪兼容,拆装灵活。二、仪器设备应用及性能说明高空间分辨率TransMIT AP-SMALDI 10离子源问世后,已经在生命科学领域展示了自己的优势,受到了国际专家和同行的一致认可,多项研究成果发表在Angewandte Chemie,The Plant Journal, Analytical Chemistry,Analytical and Bioanalytical Chemistry,Rapid Communications in Mass Spectrometry, International Journal of Mass Spectrometry等知名期刊上。在了解生物组织特征,病理组织特征,药物疗效及发现生物标志物等方面表现突出。现对TransMIT AP-SMALDI 10主要优势特色做简要综述:1、 高空间分辨率 高空间分辨率是准确判断生物组织内化学物质分布的前提条件。以大鼠脑组织中的磷脂分布为例,在100×100 μm2像素下,我们仅可以得到脑组织中磷脂的低分辨轮廓图。当分辨率提高到35 μm时,图像清晰度显著提高,可以准确识别脑组织切片中不同功能区内化合物的分布。再次聚焦TransMIT AP-SMALDI 10激光束到3 μm,则可以得到更加精细、无毛刺的磷脂二维离子密度图,这样可以清晰识别大鼠脑组织中微小部位中的代谢产物分布。3×3 μm2二维离子密度图中红、蓝、绿分别代表不同的化合物,红色代表背景离子,蓝色代表phosphatidylcholine(38:1),绿色代表phosphatidylcholine (38:1)。 2、高质量准确度和高质谱分辨率 TransMIT AP-SMALDI 10的另一个优势是其基于Orbitrap设计的一款离子源。Orbitrap无疑是近20年来高分辨质谱技术上最重要的突破,该质谱是目前体积最小的高分辨质谱仪。Orbitrap分辨率可高达140000 @ 200 Da,可同时进行定性和定量分析,尤其能够针对复杂基质中痕量组分的高灵敏度定量分析。集成了TransMIT AP-SMALDI 10的Orbitrap可以为研究者提供超高分辨的二维离子密度图,解决了质谱成像技术中原位鉴定化合物的难点,全面提高了鉴定分子离子的准确率和效率。可同时实现全扫描和MS/MS扫描,获得RMS 2ppm的高质量准确度的二维离子密度图。如图所示,基于Orbitrap的AP-MALDI质谱成像可以分辨质量差仅为0.1Da的两个化合物。如果使用低分辨质谱,将无法区分平均质量同为m/z 726的两个化合物,致使得到的二维离子密度图(图d)实际上是两种离子信号叠加的结果。由此可见,AP-MALDI-Orbitrap技术结合了高空间分辨率和高质谱分辨率,是一种具有优势的质谱成像技术。 3、单细胞质谱成像分析 目前单细胞分析大多依靠显微镜技术,因此需要标记细胞中的分析物,但是细胞中绝大多数分子没有荧光,这不利于细胞中未知分子的检测 其次常用的荧光探针具有一定的波长宽度,在有限光窗下只能检测3-4种分子。单细胞质谱分析因为具有无需标记、多组分同时分析、相对和jue对定量、适于代谢组学和蛋白组分析的特点而受到研究者的青睐。在此基础上单细胞质谱成像成为了近期新的研究热点,常用的单细胞质谱成像技术为二次离子质谱仪(SIMS),虽然SIMS的空间分辨率通常高于MALDI,但其质量检测范围较小,质荷比超过1000时灵敏度显著降低。TransMIT AP-SMALDI 10可以提供1-10 μm的高分辨率,同时弥补了SIMS质量检测范围窄和灵敏度低的缺点,成功应用于磷脂、多肽以及蛋白质等活性物质在单细胞中的空间分布研究。下图展示了首次采用TransMIT AP-SMALDI 10获得的单细胞中化学物质的二维离子密度图,使用 7 μm的激光束可以成功捕获单个HeLa细胞(图a)中荧光标记物(图b)和磷脂(图c和d)的二维空间分布信息。 综上所述,TransMIT AP-SMALDI 10是一款性能优异、实用价值高的质谱成像离子源。整合后的AP-MALDI-Orbitrap在成像空间分辨率、质量准确度及质谱采集时间等方面得到了全面提升,配合其自主研发的数据处理软件 MIRION,更加提高了图像处理的速度和质量。AP-MALDI-Orbitrap在质谱成像领域中具有许多独特优势,势必在多学科交叉领域研究中成为重要的研究工具。
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  • 空间分辨质谱仪 400-860-5168转0702
    英国Hiden公司的SpaciMS空间分辨质谱仪世界上第一台商业的空间分辨质谱仪,可以进行径向和轴向的物质检测和温度分布绘图,具有极高空间和时间的分辨率,可以排除温度和气流的干扰。16路进气口,连接到hiden的质谱可以自动、快速地绘制温度和气体分布谱图。 SPACI-MS进样系统最初是由橡树岭国家实验室(Oak Ridge National Laboratory)和Cummins, Inc.的研究者们构思和发展起来的,用于柴油催化反应器的狭小空间内的动态采样定量分析反应器内的瞬态和分布 高时间分辨和最小的扰动 对反应器内气体成分可3D成像16路气体进样系统 软件控制样品蒸汽位置 Z轴可控制进样 内置热耦测量样品温度 轴向驱动:0~300mm 空间分辨:0.1mm
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高空间分辨率相关的试剂

高空间分辨率相关的方案

  • 使用新型放大增强方法实现生物医学组织样品的高空间分辨率 FTIR 成像
    傅立叶变换红外 (FTIR) 成像是一项成熟的分析方法,可同时获得微米级范围的光谱和空间信息。这一技术已广泛用于多种不同的应用领域,从高分子科学到生物医学成像。近年来,人们越来越关注通过主要使用基于同步加速器的系统,来提高受到衍射极限制约的 FTIR 成像系统的空间分辨率。在本应用简报中,我们展示了一项使用现有物镜实现放大增强的新型方法。最终,我们的 FTIR 系统显示出 1 ?m/像素级别的高空间分辨率成像能力。独特的是,这种构造在设置不同的放大倍率时不需更换物镜,从而保持了常规物镜相对较大的工作距离(约 21 mm)。
  • 摄入药物的毛发的纵横两截面的高空间分辨率质谱成像
    毛发有时被比作记录用药历史的磁带,但具体的药物摄入机制尚未阐明。毛发内所含药物的可视化是法医学和法医毒理学面临的主要且最为困难的主题之一。此外,为了在微观尺度上可视化隐藏在复杂基质中的微量药物,以高空间分辨率和高灵敏度检测药物是很重要的。如前所述,使用iMLayer和iMScope进行的高空间分辨率MS成像可以轻松且清晰地观察药物在毛发样品的纵截面和横截面中的定位。该方法不仅可以应用于法医学领域毛发中的药物分析和兴奋剂检测等,还有助于保持并改善头发发质以及用于健康程度分析,例如各种护发产品的开发和评估。
  • 纳秒、飞秒激光剥蚀-高空间分辨率ICP-MS法准确测定硅酸盐玻璃中的多种元素(英文原文)
    尽管LA-ICP-MS有大量的成功应用,但是元素分离仍然是地球科学应用中的主要局限,这种局限在高空间分辨率分析中尤其突出。本研究采用193nm ArF准分子纳秒(ns)激光器和257nm飞秒(fs)激光剥蚀电感耦合等离子体质谱法,研究了硅酸盐玻璃NIST SRM 610和GSE-1G的元素分离和质量载荷效应。与在ns-LA-ICP-MS中观测到的相反,在fs-LA-ICP-MS中,16-24μ m的小粒子的分离效率低于40-60μ m的大粒子分离效率。在193nm准分子激光LA-ICP-MS中观察,硅酸盐玻璃材料NIST SRM 610和GSE-1G中的Li、Na、Si、K、V、Cr、Mn、Fe、Co、Ni、Cu、Rb、Cs和U的分离行为存在显著差异,利用257nm fs-LA-ICP-MS在高空间分辨率下消除了这些差异。此外,与ns-LA-ICP-MS相比,fs-LA-ICP-MS的质量负载效应和与基体相关的质量负载效应也有所降低。除Sb、Pb、Bi外,元素分离与所选的激光通量无关,与ns-或fs-LA-ICP-MS无关。在本研究中,选择24μ m光斑来测试LA-ICP-MS在高空间分辨率下的分析能力。我们使用fs-LA-ICP-MS对MPI-DING、USGS、NIST玻璃样片中的大部分元素的测试数据与参考值具有一致性,误差小于10%。对于ns激光剥蚀分析,其准确性高度依赖于使用的校准策略(传统的外部校准方法或100%氧化物归一化方法)和选择的外部参考物质(NIST SRM 610或GSE-1G)。与193nm准分子LA-ICP-MS相比,fs-LA-ICP-MS中较少的激光诱导元素分离和基体效应使其更适合于高空间分辨率硅酸盐材料的分析。

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  • 【求助】有关红外图像的空间分辨率

    哪位老师能详细说明一下红外图像的空间分辨率?是否代表红外图像扫描时的最小像素点,如果空间分辨率为6.25*6.25微米是否意味着6.25*6.25范围内的两点的红外信息已经无法分辨出?

  • 衍射空间分辨率

    对于常规电镜,一般认为衍射空间的分辨率不受球差系数的影响,也就是说对于普通电镜衍射的分辨率也可以很高,这个怎么理解。

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  • 杭纬团队合作成果:高空间分辨率质谱成像技术获重要进展
    近日,厦门大学化学化工学院杭纬教授课题组与斯坦福大学Richard N. Zare教授课题组合作,在高空间分辨率质谱成像技术研究上取得进展,有望在单细胞化学、药物代谢以及纳米材料等多个领域发挥重要作用。  激光作为最常用的采样工具之一,被广泛应用于多种质谱成像技术,并形成了成熟的商品化仪器,如MALDI-MS(基质辅助激光解吸质谱)、LA-ICP-MS(激光溅射电感耦合等离子体质谱)、LA-ESI-MS(激光采样电喷雾电离质谱)等。但由于光学衍射极限、透镜像差以及需要较长的光学聚焦距离等限制,使用激光采样的质谱成像的空间分辨率始终局限在微米级别,这使得激光质谱很难在微纳米级样品的分析中发挥作用。  “现在少有的高空间分辨激光质谱成像技术,大多依赖于复杂且昂贵的光束整形设备或近场光学技术,很难形成普适性的方法并推广至更多的激光质谱成像平台。”杭纬说。  在国家自然科学基金重大科研仪器研制项目的支持下,课题组在2020年首次研发出了基于微透镜光纤的激光采样技术,最优空间分辨率可达300纳米,并与实验室自行搭建的质谱平台相结合,成功获取了抗癌药物在单细胞内的分布和转移过程。  “后来,我们将微透镜光纤激光采样技术运用于LA-ICP-MS,其空间分辨率提高至400纳米,相比于现有的技术提高了至少一个数量级,并进行了单细胞和小鼠小肠组织中药物分布成像分析。”杭纬说。  不仅如此,通过引入157纳米的后电离激光和基于嵌入式聚苯乙烯微球的三维定位方法,微透镜光纤激光质谱带来的高空间分辨能力可用于准确重构药物在单细胞内的三维分布,空间分辨率可达500纳米。  “之后,斯坦福大学的Richard N. Zare教授课题组将微透镜光纤激光与商品化质谱仪器平台相结合,又将现有的LA-ESI-MS成像分辨率提高了近一个数量级。”杭纬说。  据了解,相比于现有的成像方法,课题组提出的微透镜光纤技术是一种通用性、普适性强、经济可靠的高空间分辨质谱成像新手段,可以与现有的激光质谱成像平台相结合,大大提升成像的分辨率和精确性。该成像方法就像一台化学显微镜,无须标记且无通道数量限制,有望在单细胞化学、药物代谢以及纳米材料等多个领域发挥重要作用。
  • 高空间分辨率质谱成像技术研究 厦大团队获重要进展
    近日,厦门大学化学化工学院杭纬教授课题组与斯坦福大学Richard N. Zare教授课题组合作,在高空间分辨率质谱成像技术研究上取得进展,有望在单细胞化学、药物代谢以及纳米材料等多个领域发挥重要作用。  激光作为最常用的采样工具之一,被广泛应用于多种质谱成像技术,并形成了成熟的商品化仪器,如MALDI-MS(基质辅助激光解吸质谱)、LA-ICP-MS(激光溅射电感耦合等离子体质谱)、LA-ESI-MS(激光采样电喷雾电离质谱)等。但由于光学衍射极限、透镜像差以及需要较长的光学聚焦距离等限制,使用激光采样的质谱成像的空间分辨率始终局限在微米级别,这使得激光质谱很难在微纳米级样品的分析中发挥作用。  “现在少有的高空间分辨激光质谱成像技术,大多依赖于复杂且昂贵的光束整形设备或近场光学技术,很难形成普适性的方法并推广至更多的激光质谱成像平台。”杭纬说。  在国家自然科学基金重大科研仪器研制项目的支持下,课题组在2020年首次研发出了基于微透镜光纤的激光采样技术,最优空间分辨率可达300纳米,并与实验室自行搭建的质谱平台相结合,成功获取了抗癌药物在单细胞内的分布和转移过程。  “后来,我们将微透镜光纤激光采样技术运用于LA-ICP-MS,其空间分辨率提高至400纳米,相比于现有的技术提高了至少一个数量级,并进行了单细胞和小鼠小肠组织中药物分布成像分析。”杭纬说。  不仅如此,通过引入157纳米的后电离激光和基于嵌入式聚苯乙烯微球的三维定位方法,微透镜光纤激光质谱带来的高空间分辨能力可用于准确重构药物在单细胞内的三维分布,空间分辨率可达500纳米。  “之后,斯坦福大学的Richard N. Zare教授课题组将微透镜光纤激光与商品化质谱仪器平台相结合,又将现有的LA-ESI-MS成像分辨率提高了近一个数量级。”杭纬说。  据了解,相比于现有的成像方法,课题组提出的微透镜光纤技术是一种通用性、普适性强、经济可靠的高空间分辨质谱成像新手段,可以与现有的激光质谱成像平台相结合,大大提升成像的分辨率和精确性。该成像方法就像一台化学显微镜,无须标记且无通道数量限制,有望在单细胞化学、药物代谢以及纳米材料等多个领域发挥重要作用。
  • 清华大学黄翊东团队:基于深度学习的高空间分辨率片上快速光谱成像
    近日,清华大学电子系黄翊东、崔开宇团队以「Deep-learning-based on-chip rapid spectral imaging with high spatial resolution」¹为题在Chip上发表研究论文,提出将深度展开神经网络ADMM-net与基于自由形状的超表面光谱成像芯片相结合,实现了高空间分辨率的片上快速光谱成像,并消除了光谱图像的马赛克现象。光谱成像扩展了传统彩色相机的概念,可以在多个光谱通道捕获图像,在遥感、精准农业、生物医学、环境监测和天文学等领域得到了广泛应用。传统的基于扫描方式的光谱相机存在采集速度慢、体积大、成本高等问题。基于超表面宽带调制和计算光谱重建的片上光谱成像为实现消费级的便携式光谱相机提供了一种很有前景的方案。图1展示了超表面光谱成像芯片的基本结构,由硅基超表面层和带有微透镜的CMOS图像传感器组成,超表面层包含了360 × 440个超表面单元,每个超表面单元对应于成像空间中的一点,入射光经过每个超表面单元的频谱调制后被下方的传感器像素所探测。任一点处的光谱可以由该点附近的若干个光强探测值重建得到,重建过程对应于求解一个欠定线性方程组。现有的光谱图像重建算法需要通过逐点光谱重建来得到整个数据立方,存在计算耗时长和重建图像存在马赛克现象的问题。图1 | 超表面光谱成像芯片的结构示意图由于不同的超表面单元具有不同的光谱调制特性,整个超表面光谱成像芯片在不同波长下具有不同的空间调制特性,因此本文受启发于编码孔径快照式光谱成像算法,采用深度展开神经网络ADMM-net²进行光谱图像的快速重建,其基本架构如图2所示。网络包含K=12个阶段,每个阶段都包含线性变换W()和降噪卷积神经网络(通常采用U-net结构)两部分。网络的输入是包含所有超表面单元光谱调制特性的传感矩阵Φ和测量图像y,输出为重建的光谱图像数据立方。图2 | 深度展开神经网络ADMM-net的基本架构图3展示了利用超表面光谱成像芯片对标准色卡进行实际成像测量后,采用不同算法重建数据立方的结果。从RGB伪彩色图中可以看出,ADMM-net的图像细节重建效果显著优于采用传统的CVX算法进行逐点光谱重建的结果,有效消除了图像的马赛克现象。并且,相比于传统迭代算法GAP-TV³和端到端神经网络λ-net⁴的重建结果,ADMM-net的光谱重建准确性也更优。此外,采用ADMM-net进行单次重建仅需18毫秒,而逐点光谱重建则需要4854秒,本工作在重建速度上实现了约5个数量级的提升。图3 | 对标准色卡进行实际成像测量后,利用不同算法进行光谱图像重建的结果进一步,本工作利用ADMM-net实现了对户外驾驶场景的实时光谱成像,如图4所示,光谱成像速率达到约36帧/秒。从RGB伪彩色图中可见,车辆的色彩重建准确性较好;并且,从第20、100帧图像中的采样点A和B的重建光谱来看,天空和白色车辆的光谱具有明显的差异,有望解决自动驾驶场景中的同色异谱识别问题,避免相撞事故的发生。此外,具有视频帧率的高空间分辨快速光谱成像,也展示出实时光谱成像芯片在机器视觉领域的巨大应用潜力。图4 | 户外驾驶场景的实时光谱成像结果
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