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成大研發超穎介面光學獲國際肯定 台灣可望自造高光譜微型衛星

成大電機系副教授林家祥與光電系副教授吳品頡團隊,研發出全新的奈米級高光譜影像設備,相關論文獲全球頂尖「自然(Nature)」期刊關注。(成大提供)

成大電機系副教授林家祥與光電系副教授吳品頡團隊,研發出全新的奈米級高光譜影像設備,相關論文獲全球頂尖「自然(Nature)」期刊關注。(成大提供)

2023/12/05 21:51

〔記者洪瑞琴/台南報導〕微型衛星是全球發展重點,但因為體積小相對限制也多。成功大學電機系副教授林家祥、光電系副教授吳品頡團隊,研發出全新的奈米級高光譜影像設備,未來預計架設在微型衛星上,透過筆尖大小的設備運算,能從高空分析地面物的質地與成分,這項傑出成果相關論文已刊登在全球頂尖「自然(Nature)」期刊的子期刊上,受到全球關注。

這項研發為超穎介面光學的雙重突破,被視為高光譜成像技術的新里程碑。林家祥表示,目前衛星朝向低軌道與微型化發展,從早期軍事目的,擴大應用未來與人類生活更密不可分,相關研究由教育部高教耕計畫補助,下一步希望結合其他不同領域,發展出台灣第1顆自主高光譜微型衛星。

什麼是高光譜衛星?林家祥指出,一般衛星從高空中拍攝地面,例如拍到綠色的小點,可能很難分辨是綠地還是綠色的坦克車,但高光譜衛星卻能藉著不同的波長,分析影像的成分與質地,正確判斷。目前只有美國國家航空暨太空總署(NASA)等極少數單位擁有高光譜衛星,而龐大設備要裝在近乎掌上型的微型衛星上,更是困難重重。

吳品頡表示,傳統的高光譜拍攝需要多種不同的光學配件搭配鏡頭,拍攝不同波長成像,設備相當龐大。為解決此問題,團隊結合軟、硬體的專長,合作開發微型高光譜成像技術,設計出奈米級的「多波長斜聚焦超穎介面鏡」,由多重共振電漿子超穎原子(超穎介面)構成,設備大幅縮小,用肉眼都看不到的東西拍出高光譜影像,實在讓人興奮。

研究團隊表示,設備縮小缺點是拍攝出的影像不夠清楚,而高光譜影像數據取得不易,無法透過大數據學習修補,因此提出全新的機器學習理論,藉由「凸優化」、不需要大數據就能深度學習,即使只輸入4幅圖像,也能將光譜通道數量,經由運算擴展到18個,重建高保真度的光譜影像,實驗結果顯示新研發設備的拍攝結果分析,與一般的高光譜設備幾乎完全一致,誤差只有約2%,大大突破這項技術的限制。

高光譜衛星可藉著不同的波長,分析影像的成分與質地,但傳統的設備相當龐大。(成大提供)

高光譜衛星可藉著不同的波長,分析影像的成分與質地,但傳統的設備相當龐大。(成大提供)

成大團隊研發全新的奈米級高光譜影像設備,透過筆尖大小的設備與運算,能從高空分析地面物的質地與成分。(成大提供)

成大團隊研發全新的奈米級高光譜影像設備,透過筆尖大小的設備與運算,能從高空分析地面物的質地與成分。(成大提供)

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