近日，彩譜科技研發(fā)的超高速高光譜成像系統(tǒng)，在國(guó)際知名期刊《Optics Express》發(fā)表最新研究成果。該技術(shù)通過(guò)創(chuàng)新的ROI驅(qū)動(dòng)光學(xué)壓縮與棱鏡 - 光柵色散協(xié)同設(shè)計(jì)，將傳統(tǒng)推掃式高光譜相機(jī)的幀率提升至3448fps，為工業(yè)實(shí)時(shí)檢測(cè)領(lǐng)域帶來(lái)革命性突破。

技術(shù)瓶頸：傳統(tǒng)設(shè)備難以應(yīng)對(duì)高速生產(chǎn)線需求

高光譜成像技術(shù)因能同時(shí)捕捉目標(biāo)的空間信息與連續(xù)光譜特征，在食品加工、礦石分類、塑料回收等工業(yè)場(chǎng)景中具有不可替代的優(yōu)勢(shì)。然而，傳統(tǒng)推掃式高光譜相機(jī)受限于像素 - 速度匹配難題，幀率普遍低于700fps，在高速傳送的生產(chǎn)線上常出現(xiàn)圖像模糊、邊緣抖動(dòng)等問(wèn)題，6毫米以下的微小目標(biāo)更是難以識(shí)別。

現(xiàn)有解決方案或依賴精密光學(xué)元件導(dǎo)致成本高企，或需復(fù)雜算法重構(gòu)增加系統(tǒng)延遲，均難以滿足工業(yè)化大規(guī)模應(yīng)用需求。

彩譜科技基于該技術(shù)研發(fā)的超高速高光譜相機(jī)，已在工業(yè)與農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)廣泛應(yīng)用，并顯著提升了分選工作的精度與效率。

核心創(chuàng)新：雙引擎驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)速度與精度平衡

研究團(tuán)隊(duì)創(chuàng)新性地將傳感器感興趣區(qū)域（ROI）技術(shù)與棱鏡 - 光柵復(fù)合色散結(jié)構(gòu)相結(jié)合，構(gòu)建了硬件級(jí)超高速成像方案：

通過(guò)選取9.6 mm×1.5 mm的ROI區(qū)域，將成像視野壓縮至全幀面積的1/5，配合定制化讀出模式，在保證640像素空間分辨率的同時(shí)，將數(shù)據(jù)傳輸量降至原來(lái)的20%，為超高幀率奠定基礎(chǔ)。

定制設(shè)計(jì)的棱鏡 - 光柵模塊則完美解決了高速成像中的畸變問(wèn)題。該結(jié)構(gòu)利用棱鏡與光柵的色散特性互補(bǔ)，將光譜線彎曲（Smile）和梯形畸變（Keystone）控制在亞像素級(jí)別，實(shí)測(cè)光斑半徑小于7μm，調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF@33.33 lp/mm）保持在0.6以上，確保成像質(zhì)量不受速度提升影響。

實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證：3448 fps 幀率實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)檢測(cè)

在1m/s的模擬傳送帶實(shí)驗(yàn)中，該系統(tǒng)展現(xiàn)出卓越性能：

? 動(dòng)態(tài)成像時(shí)，3000+fps的幀率有效抑制了邊緣抖動(dòng)，6毫米尺度目標(biāo)的識(shí)別準(zhǔn)確率提升至98%以上；

? 光譜分辨率維持在高精度水平，可清晰區(qū)分樹葉的健康狀態(tài)、礦物的成分差異；

? 在塑料分揀測(cè)試中，通過(guò)光譜指紋分析，成功實(shí)現(xiàn)PS、PE、PMMA等材料的實(shí)時(shí)分類，準(zhǔn)確率達(dá)99.2%。

對(duì)比實(shí)驗(yàn)顯示，該系統(tǒng)幀率較商用FX17等主流設(shè)備提升5倍，而成本大大降低。

應(yīng)用前景：開啟工業(yè)檢測(cè)智能化新篇章

該技術(shù)的突破為高動(dòng)態(tài)工業(yè)場(chǎng)景提供了關(guān)鍵硬件支撐。在食品加工領(lǐng)域，可實(shí)現(xiàn)流水線水果的糖度實(shí)時(shí)檢測(cè)；在塑料回收行業(yè)，能以2.5 m/s的速度完成混合塑料的精準(zhǔn)分揀；在礦石分選環(huán)節(jié)，可快速識(shí)別礦石品位差異。

項(xiàng)目負(fù)責(zé)人表示：“這項(xiàng)技術(shù)的核心價(jià)值在于平衡了速度、精度與成本，我們相信它能成為工業(yè)4.0時(shí)代的重要基礎(chǔ)設(shè)施。” 目前，相關(guān)技術(shù)已申請(qǐng)發(fā)明專利5項(xiàng)，成果已經(jīng)應(yīng)用于多家頭部客戶的設(shè)備。

依托國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃支持，研究團(tuán)隊(duì)下一步將聚焦高速高光譜成像技術(shù)延伸至測(cè)色領(lǐng)域，推出新一代測(cè)色儀展現(xiàn)強(qiáng)勁技術(shù)實(shí)力。該測(cè)色儀搭載論文核心的棱鏡-光柵復(fù)合色散模塊，憑借13nm平均光譜分辨率與亞像素級(jí)光斑控制（RMS半徑< 7μm），可精準(zhǔn)捕捉細(xì)微顏色差異，完美適配塑料、食品包裝、涂料等工業(yè)產(chǎn)品的色差檢測(cè)。其ROI技術(shù)支持針對(duì)性測(cè)量微小區(qū)域（最小6mm級(jí)目標(biāo)），兼顧高速響應(yīng)與測(cè)量精度，解決傳統(tǒng)測(cè)色儀在動(dòng)態(tài)場(chǎng)景或精細(xì)部位檢測(cè)中的短板。從高光譜成像到專業(yè)測(cè)色，彩譜以硬件級(jí)創(chuàng)新延續(xù)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，為顏色質(zhì)量控制提供標(biāo)桿級(jí)解決方案。