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2020年7月23日

中大工程学院及华威大学合作团队研究取得突破太赫兹相机成像速度提升愈百倍

2020年7月23日
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对物体R进行单像素透射成像的光学装置。

Emma Pickwell-Macpherson 教授。

香港中文大学(中大)及英国华威大学的科研团队,近日在单像素太赫兹(T-ray)成像技术取得突破,团队研发的相机在成像质素不变情况下,成像速度较现有技术提升逾百倍,而且制作成本并无增加,将为无创式安检及医学筛查带来更安全和便宜的方案。研究结果已刊登于顶尖学术期刊《自然通讯》(Nature Communications)。

太赫兹辐射的潜力及问题

太赫兹(THz)辐射,又称T射线,在电磁频谱上位于红外线和无线网络之间。相相比其他波段的电磁辐射,T射线能够穿透大部分常见材料,例如塑胶、陶瓷及衣物等,这使其在无创式检查方面有巨大的应用潜力。T射线另一个特点是其光子能量较低,没有电离能力,意味不会对活细胞结构产生影响,可安全应用于安检、医学筛查等。此外,T射线对水份十分敏感,可用于检测生物样品的水含量变化。这意味T射线或可用作检测一些会改变生物组织水份的疾病,例如皮肤癌,而无需使用任何生物标记。

在过去25年,T射线已经在实验室环境证明其高效探测及应用潜力,不过基于成本、系统稳定性及便利度等因素,T射线仍未能广泛作商业应用。

单像素相机的优势

单像素相机的原理是透过发射器将T射线照到目标,其间不断改变调制图案以调制照射到目标的T射线,并利用单点探测器记录穿透目标或从目标反射的射线,通过电脑运算重建该物体的图像。

负责今次研究的中大电子工程学系及华威大学物理系Emma Pickwell Macpherson教授表示:「我们最新研发的单像素T射线相机,能以每秒6帧的速度录制32×32像素影片,速率较现有同类产品提升了一百倍。我们主要从三方面来实现该成像速度,包括计算最佳的调整射线方案、提升信噪比、通过压缩传感技术减少测量次数。」

团队未来会专注于优化单像素T射线相机的信噪比,以及开发用于精确医疗诊断的相机软件,期望有朝一日可应用于活体癌症诊断上。

相关论文已刊登于《自然通讯》: https://doi.org/10.1038/s41467-020-16370-x

更多相关研究请参阅: http://bme.ee.cuhk.edu.hk/thzgroup/index.phpgo.warwick.ac.uk/ultrafast



对物体R进行单像素透射成像的光学装置。

对物体R进行单像素透射成像的光学装置。

 

Emma Pickwell-Macpherson 教授。

Emma Pickwell-Macpherson 教授。

 

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