中波红外高成像相机

SPECIM FX50中波红外高光谱相机黑色塑料广泛用于汽车工业、电子产品、食品包装、塑料袋，与我们的日常生活息息相关。不幸的是，当前人们对废旧黑色塑料垃圾的处理不是回收再利用，而是烧毁或填埋，原因是缺乏高效可靠的技术对黑色塑料进行识别并分类。而塑料垃圾是人类面临的且必须尽快解决的重大环境问题之一。 芬兰SPECIM公司进行技术创新推出一款专为工业机器视觉在线检测而设计的高速、性能稳定的SPECIM FX50高光谱相机。SPECIM FX50是全球第一款工业MWIR高光谱相机，该相机可采集各类黑色塑料在2.7-5.3μm范围内的光谱信息，快速、可靠地识别不同材质的黑色塑料，如ABS、 PP、 PE、 PC、 PS、 PVC、HIPS。 图1：SPECIM FX50高光谱相机 FX50高光谱相机的特点： • 设计精致，外形紧凑• 光谱范围：2.7 - 5.3μm• 高分辨率：640个像素• 高采集速度：380 Hz• 光学部件：温度恒定• 内置图像校正• 数据一致性高：出厂前经过统一光谱校准• GigE Vision标准接口• 易于安装在工业环境中 图2：光谱响应 除了黑色塑料， SPECIM FX50还可用于：• 识别橡胶、非黑色塑料、橡胶/塑料中的阻燃剂；• 木材和纸制品的识别分类；• 金属温度测量：范围为0-1000℃；• 金属表面的污染检测： 杂质、污垢、油和其他有机残留物；• 石油/天然气中碳氢化合物的分析识别；• 采矿生产中矿物的分析识别，如长石和石英。 黑色塑料分选 金属与汽车工业：金属表面的污染检测石油/天然气和矿产勘探：烃类与矿物分析 木材和纸制品的识别分类 SPECIM FX50高光谱相机满足工业应用需具备的高速、稳定性能的特点，并且易于安装、维护和扩展，同时具有高效的投资回报。SPECIM FX50成像速度快，满足生产线的速度要求；同系列的产品出厂时经过统一光谱标定，数据一致高，现场使用时可任意替换；拥有GigE Vision接口，配置软件开发包，满足用户的开发需求。 SPECIM FX50高光谱相机成为工业机器视觉应用领域内一种全新的解决方案。创新点：优势：可采集各类黑色塑料在2.7-5.3μ m范围内的光谱信息，对难处理的黑色塑料进行快速、可靠的分选，如ABS、 PP、 PE、 PC、 PS、 PVC、HIPS...

日常生活中人们通过颜色与明暗差异来识别物体，感知空间维度上的物质信息。与人类的眼睛只能感知可见光不同，一些生物能够接收到人类看不到的图像信息，例如虾姑能够感知紫外与红外波段而乌贼可以通过独特的眼睛构造识别偏振信息。　　从描述光子本征属性的维度出发，光子除了具有强度维度外，还具有波长、偏振、拓扑荷等多种维度属性，其中一组正交的物理量可以作为无串扰的图像信息通道从而携带不同的外部信息。如虾姑与乌贼，其独特的图像感知能力使其能够看到人眼所看不到的信息，帮助其更好地完成捕猎、躲避危险、与同伴交流等活动，从而获得生存优势。　　人类利用光学器件同样能够获得更卓越的“人工视觉”。如常用于地球遥感的红外偏振相机，通过波长与偏振的调制能够筛选识别出复杂环境下的具有红外与偏振特征的目标物。然而现阶段传统器件依然存在的问题是，为了实现多维度的感知功能，往往需要多种光学元件进行级联组合，导致器件体积、重量庞大，同时也引起了能量的损失与图像信息的误差累计。因此，可以说虽然人们制造的“人工视觉”光子器件已经实现了远超自然界的绝对性能，但在体积与集成性方面，相对于虾姑与乌贼精巧的视觉器官，传统器件依然没有超越自然界数十亿年的进化。　　中国科学院上海技术物理研究所李冠海、陈效双、陆卫课题组与澳大利亚新南威尔士大学Andrey Miroshnichenko教授合作利用超构单元像素级的光场多维度调控能力，基于与传统硅基半导体工艺兼容的全硅双折射超表面体系在中波红外范围实现了色散调控模式下的波片式偏振解耦宽带中红外成像光子器件，能够实现比昆虫复眼更小尺寸下的光场调控与成像。　　经过设计的光子成像器件由于像素级单元在波长-偏振维度的双重衍射效果设计，能够将正交偏振通道上的不同图像汇聚到不同的深度上，从而为后续级联的光处理器件与电处理器件提供了直接的物理接口。同时，研究团队也实现了消色差与消偏振的微型中红外光子成像器件，实现了集成的宽谱消偏振成像。值得注意的是，其不仅能够在工作波段内同时采集两个正交通道上的图像信息，同时其单元的结构排布角度，能够消除大入射角下的偏振效应，从而提升图像的准确度。　　研究者相信，该研究成果将会为研究相对比较匮乏、难度较大但具有广泛应用前景的中波红外光电探测领域提供新的契机，该研究成果有望在自由空间量子通信、三维激光雷达、航空遥感等领域得到应用。　　该研究得到了科技部重点研发计划量子调控和量子信息专项、纳米专项、国家自然科学基金委、上海市科委启明星项目、中国科学院青年创新促进会等项目的支持。图1 (a)不同正交偏振通道的消色差超透镜示意图；(b)用于不同偏振态调控的单元数据图；(c)超表面单元在不同波长及偏振下的等效折射率、透过率与相位分布示意图；

北京理工大学郝群教授团队在室温运行中波红外探测器研究方面取得突破性的进展，相关论文于2023年1月发表于光学顶刊Light：Science & Applications，获得封面论文。近日该论文入选ESI高被引。 中红外波段是重要的大气窗口，相比可见光波段提供额外的热信息，在医学检测、气象遥感、航天探测等方面均具有重要价值。然而，该波段却不能被人眼直接感知。红外光电探测器运用光电技术，突破人类视觉障碍，以被动的方式探测物体所发出的红外辐射。目前，中红外光电探测器主要基于外延生长材料，与读出电路耦合的倒装键合工艺复杂，，并且其高性能需要斯特拉制冷机等设备制冷，无法满足轻量化、低成本需求。胶体量子点作为新兴红外材料，化学热注射法大规模合成易，“墨水式”液相加工可以与读出电路直接耦合，并且其“量子限域”效应在三维尺度限制了热激发载流子的产生，有望实现非制冷、低成本、高性能的中波红外探测器。然而，目前胶体量子点并且异质结设计导致的界面传输和能带不匹配，使探测器依然必须在液氮（80K）温度下才能达到背景限，理论预测的室温运行依然遥远。量子点表面偶极子调控过程郝群教授团队创新性的提出量子点表面偶极子掺杂方法，开发混相配体交换技术，首次在红外量子点领域提出并制备了“强P-弱P-本征-弱N-强N”梯度堆叠同质结器件。该新型器件：1. 工作温度优。通过大幅优化内建电场，使量子点中波红外探测器的“背景限”工作温度提升了百开尔文，成功实现了室温运行。2. 制备成本低。该红外材料化学合成、液相涂敷硅基耦合、无需斯特林制冷，从材料、工艺、工作机理等各个层面降低成本至传统红外探测器的十分之一。3. 探测性能高。梯度同质结器件结构，避免了界面输运不匹配导致的光生载流子损耗，优化了光生载流子的传输与收集过程。量子点梯度同质结器件与能带示意图该工作极大提升了探测器的工作温度，中波4-5微米探测器在200 K下，比探测高于1011 Jones，性能达到背景限制；280 K下，仍能保持1010比探测率。 梯度同质结量子点探测器的外量子效率相比常规量子点探测器提升近1个量级，达到77%。本工作同时验证了探测器的热成像及气体检测等实际应用功能。该论文的第一作者为北京理工大学博士生薛晓梦、陈梦璐准聘教授，通讯作者为北京理工大学陈梦璐准聘教授、唐鑫教授及郝群教授。原文链接：https://www.nature.com/articles/s413 7 7-022-01014-0 附作者简介：郝群，北京理工大学特聘教授。国家级高层次人才，高校创新引智基地负责人，科技部重点领域创新团队负责人，教育部跨世纪优秀人才，北京市教学名师，全国“巾帼建功”标兵。长期在新型光电成像传感技术和光电精密测试技术领域从事教学和科研工作，主要研究方向包括新型光电成像技术、仿生光电感测技术、抗振干涉测量技术及仪器等方面。主持国家自然科学基金仪器专项/重点项目、科技部重点研发计划等。担任中国光学学会常务理事、光电专业委员会主任委员，中国仪器仪表学会常务理事、光机电技术与系统集成分会常务副理事长，中国计量测试学会常务理事，中国兵工学会理事、光学专业委员会主任委员，中国光学光电子协会理事、红外分会副理事长等社会兼职。担任《Defense Technology》杂志副主编。