成大跨域團隊研發超穎介面光學雙重突破登國際期刊 有望發展臺灣首顆高光譜微型衛星 | 生活新聞 | 20231206 | match生活網

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成大跨域團隊研發超穎介面光學雙重突破登國際期刊 有望發展臺灣首顆高光譜微型衛星
勁報     2023/12/06 01:15

【勁報記者于郁金/臺南報導】微型衛星是全球發展重點,但因為體積小相對限制也多;國立成功大學電機系副教授林家祥與光電系副教授吳品頡團隊,結合超穎光學技術與機器學習理論,研發出全新奈米級高光譜影像設備,未來預計架設在微型衛星上,透過筆尖大小設備與運算,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)」期刊子期刊上,受到全球關注。
這項研發為超穎介面光學雙重突破,被視為高光譜成像技術新里程碑,論文 刊登在「自然通訊(Nature Communications)」,影響因子16.6,論文標題為「Metasurface-empowered snapshot hyperspectral imaging with convex/deep (CODE) small-data learning theory」;論文連結:「https://www.nature.com/articles/s41467-023-42381-5」,研究團隊除了上述2名老師外,還有光電系博士生黃士修與電機系碩士林庭萱。
目前衛星朝向低軌道與微型化發展,可擴大應用面,從早期軍事目的、未來將與人類生活密不可分。林家祥表示,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,發展出臺灣第一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,例如拍到綠色小點,可能很難分辨是綠地還是綠色坦克車,但高光譜衛星卻能藉著不同波長,分析影像成分與質地,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微型衛星上,更是困難重重。
吳品頡表示,傳統高光譜拍攝需要多種不同光學配件搭配鏡頭,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、硬體專長,合作開發微型高光譜成像技術,設計出奈米級「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」。
吳品頡與與林家祥進一步表示,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,因此團隊再提出全新機器學習理論,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%,大大突破這項技術限制。
林家祥從2019年起,主持教育部高教深耕計畫「前瞻衛星成像之數學理論與超穎光柵設計」,團隊花費兩年多時間,完成上述研究,成果斐然;林家祥表示,科技部希望學術界能夠結合軟體與硬體專長,做出突破,這項成果成功完成跨領域合作。(國立成功大學提供照片)


(資料來源:勁報)