戍天九思：智能光电成像器件全球首创，打开人工智能发...

lameihua

　　据11月7日新华社报道，不同物质的反射光或透射光波长不同、光谱各异，但人眼只能看到红绿蓝“三原色”调色的光。北京理工大学张军院士团队自主研制出百通道百万像素的高光谱实时成像器件，可高效率、智能化探测“三原色”之外的更多“原色”。相关成果7日在国际学术期刊《自然》发表。

　　笔者认为，这是中国在智能光电成像领域的颠覆式创新，非常牛！有利于打破国外在高端光电设备领域的技术垄断，推动卫星遥感、深空探测、环境监测、智慧医疗、社会治理等领域的繁荣发展，从而打开我国人工智能和数字经济发展的天花板。

　　传统光电成像设备的两大技术瓶颈

　　传统的光电成像设备，往往有两大技术瓶颈：专业设备大难集成，能集成的无法看到高光谱。

　　一方面，能高光谱成像的设备体积大难集成。由于高光谱成像产生的数据规模庞大，长期以来，该技术大多依赖光栅、棱镜等分立元器件组成的复杂光学系统工作，这种系统体积大、重量重、难集成、价格昂贵，严重制约了高光谱成像设备在各个领域的发展和应用。

　　另一方面，能智能成像集成的只能显示红绿蓝“三原色”。比如，传统的CCD和CMOS传感器成像分辨率较低，光能利用率不足25%，分辨不出红绿蓝以外的“原色”，严重影响成像的灵敏度和准确率，使得智能成像器件在某些极端条件下无法正常工作，根本无法满足高光谱成像的要求。

　　中国智能光电成像器件的三大创新点

　　据介绍，张军院士团队创新性提出光子复用原理，建立了片上光谱复用感知架构，通过材料、电子、光学、计算机等多学科交叉，最终研制出重量仅数十克、光谱通道超百个、像素达百万级的高光谱实时成像器件，将光能利用率由典型的不足25.0%跨越提升至74.8%，提升了高光谱成像的灵敏度和准确率。

　　一是原理上创新。该架构创新性提出光子复用原理，颠覆了传统的几何分光、窄带测量和物理输出模式，实现了片上宽带异化调控的高光谱成像。具有三大优势：通过集成异化调控，实现从复杂系统到集成器件的革新；通过宽带耦合测量，实现光通量的跨越提升；通过智能计算，实现高分辨率高光谱成像。

　　二是原色看得全。基于该架构，已成功研制出国际首款百通道百万像素高光谱实时成像器件，将光能利用率由典型的不足25%提升至74.8%，创造了世界最高纪录。

　　三是集成度高。该器件体积小巧（29毫米×29毫米×42毫米），重量轻仅46克，具备高度智能化的特点，能够在“可见—近红外波段”实现高分辨光谱成像。

　　概括起来就是：过去集成不了的能集成了，过去看不见的能看见了，过去看不清的能看清了。

　　智能光电成像器件将成为推动我国人工智能发展的加速器

　　北京理工大学教授边丽蘅说，“原色”搭载着物质的本征属性信息。例如，在两个相同的透明玻璃杯中，分别倒入等量纯净水和矿物水，仅通过肉眼通常无法辨别，而借助两者透射光的光谱差异，也就是“原色”差异，即可加以区分。由于可以探测更精细分辨率、更广范围波长，高光谱成像技术是检测“原色”的“火眼金睛”，其利用物质“各放异彩”的特性，实现“透过现象看本质”。

　　“大到遥感卫星探测装备，小到手机摄像头，都能基于这个原理开发新应用。用相应摄像头对准某个目标，就会收到目标反射出的光谱，智能系统自动比对数据库里的光谱信息，便可以标注出目标物质成分。它具有通用检测能力，一款设备既能检测水环境中是否有重金属、食品是否变质，也能检测人体血氧血糖指标是否正常等等，降低检测成本、提升检测效能。”边丽蘅说。

　　张军表示，该研究开辟了片上光学研究新领域，为未来智能光电子器件发展提供了新思路。研究成果有望推动卫星遥感、深空探测、环境监测、智慧医疗、社会治理等领域的创新发展。

　　笔者认为，人工智能技术有一个“一维符号智能、二维平面智能、三维空间智能”的发展过程。当前，正处在从“二维平面智能”向“三维空间智能”迭代升级之时，这也是AI大模型面临数据资源枯竭之时。号称“人工智能教母”的李飞飞，就是当年二维平面智能的主要推手，她创建的ImageNet就是大型二维平面图形数据集，她今年还专门成立了空间智能公司。

　　由于三维图像资源远比二维图像资源更丰富更有价值，而智能光电成像技术的创新为推动三维空间智能发展提供了新手段新资源，而且由此产生的海量数据资源可能取之不尽、用之不竭，必将加速推动我国人工智能的大繁荣大发展。

　　因此，笔者非常看好这种智能光电成像器件的潜在应用，一步先，步步先。它可能会使我国的智能手机镜头技术遥遥领先，智能城市交通管理技术遥遥领先，自动驾驶技术遥遥领先，人形机器人技术遥遥领先，光学卫星遥感技术遥遥领先……从而不断打开我国人工智能和数字经济发展的天花板。