成像|体积、成本均降为传统光学系统的1/1000，「求是光谱」推出手机光谱成像解决方案

在过去，光谱成像技术一直在生物医药、航空航天、军工等科研领域取得良好的应用，但由于其受到成本高昂、体积过大等方面的限制，迟迟未能得到大范围的推广。
【 成像|体积、成本均降为传统光学系统的1/1000，「求是光谱」推出手机光谱成像解决方案】为了让光谱成像技术更好地应用于日常生活，求是光谱团队利用前20年在该领域的科研积累，使用自研的“调制+解调”技术，并通过材料+算法来替代传统分光器件，从而在一颗CMOS芯片上同时实现成像和光谱功能。其中，图像信息用于记录物体的形貌，而光谱信息用于分析物质的组分和结构，两种功能的结合将给手机、IoT、安防、医疗等领域带来全新的功能。光谱成像芯片有望成为继彩色图像传感器之后的下一代图像传感器。
联合创始人赵夏阳向36氪表示，传统光谱成像设备利用色散、滤波等分光技术原理来实现，功能强大但存在体积大、成本高等痛点。与传统光谱成像技术相比，求是光谱研发的光谱芯片解决了体积和成本方面的问题。其大小约为1/4英寸，比传统光谱相机缩小了1000倍。传统光谱相机标价为数万甚至几十万元，而光谱芯片成本仅为传统设备的千分之一。而且求是的光谱芯片在图像分辨率、光谱分辨率、感光性能、帧率等专业技术指标都达到领先水平。
在2017年组建公司后，求是光谱花了接近一年时间在单反相机上实现了光谱成像的全套功能，做出了第一代的原型机产品。之后于2019年在中芯国际完成首款光谱芯片流片，性能完全达到设计要求。截至目前，芯片已经过三次迭代，优化了芯片加工环节的技术参数，也重新设计芯片和模组的测试工艺，提高对芯片产品质量的把控。目前，求是光谱研发的芯片，良品率都已达到95%，满足量产的要求。
应用领域方面，求是光谱芯片可应用于智能手机、IoT、医疗等领域。首先在智能手机应用上，光谱芯片实现以下多种新功能：1.实现肤色识别、肤质检测，为女性用户提供皮肤健康检测和管理等新功能；2.实现屏幕蓝光检测、牙菌斑检测等功能，让父母更好保护子女眼睛和牙齿健康；3.光谱成像可模拟动物的视觉，让小朋友看到动物眼中的世界是什么样子的；4.提供色温识别、绿植检测、伪装识别等诸多功能，为用户带来全新体验，从而有望解决手机目前同质化的痛点。
2020年，国内知名手机厂商与求是光谱签订了定制开发协议，委托求是团队开发一款搭载在手机上的光谱芯片。目前该款芯片的硬件性能已达到设计指标要求，公司仍在持续开发后端软件算法以实现多方面功能。夏阳表示，预计今年下半年，搭载求是光谱芯片的智能手机将实现量产并走向消费者。

文章插图
求是光谱芯片
近几年，人脸活体识别已经广泛应用于支付、门禁、安防、智能交通等多个领域。目前的活体检测是利用3D信息以鉴别活体与非活体，以对抗照片、头模等假样本的攻击。这种方式需要多颗传感器以及高复杂度的器件，成本较高。光谱被誉为物质的“指纹”，人体皮肤具有非常特异性的光谱特征，因此，光谱可作为活体检测的有效手段。据赵夏阳透露，国内外科研机构已经充分论证了这条技术路线的可行性。然而，传统光谱相机由于体积和成本大的痛点，无法大规模用于上述场景。
求是光谱成像芯片解决了一个最重要的环节。具体体现在其光谱芯片可同时采集图像和光谱信息，图像信息用于身份识别，光谱信息用于活体检测，达到既降低成本也保证精准度的效果。“这在应用上是一个新的突破。”夏阳说道。目前该款芯片在活体检测上的精确度已与3D结构光检测的结果接近，但成本却仅为后者的1/10。
在医疗检测方面，光谱芯片也有广泛的应用。比如在内窥镜上使用光谱芯片，能够有效识别病变组织，有助于将部分癌症的确诊率从70%多提高至95%以上。

文章插图
癌变部位彩色内窥镜照片

文章插图
癌变部位光谱图像（伪色处理后）
（注：红色标记的高度病变区域，在普通彩色内窥镜下很难发现；而高光谱图像可有效识别该区域。图片来源：李伟、吕蒙等，高光谱图像在生物医学中的应用，中国图像图形学报）
在农业、环保等领域，光谱成像芯片也展现出用武之地。无人机行业的龙头企业大疆与极飞，均开发了具备光谱成像功能的机载遥感相机。与现有光谱相机相比，求是团队用一颗光谱成像芯片就能达到普通多颗摄像头的功能，在光谱范围、重量、功耗、数据量及成本方面都具备一定优势。