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二零二零年七月二十三日

中大工程學院及華威大學合作團隊研究取得突破
太赫茲相機成像速度提升愈百倍



香港中文大學(中大)及英國華威大學的科研團隊,近日在單像素太赫茲(T-ray)成像技術取得突破,團隊研發的相機在成像質素不變情況下,成像速度較現有技術提升逾百倍,而且製作成本並無增加,將為無創式安檢及醫學篩查帶來更安全和便宜的方案。研究結果已刊登於頂尖學術期刊《自然通訊》(Nature Communications)。

太赫茲輻射的潛力及問題

太赫茲(THz)輻射,又稱T射線,在電磁頻譜上位於紅外線和無線網絡之間。相相比其他波段的電磁輻射,T射線能夠穿透大部分常見材料,例如塑膠、陶瓷及衣物等,這使其在無創式檢查方面有巨大的應用潛力。T射線另一個特點是其光子能量較低,沒有電離能力,意味不會對活細胞結構產生影響,可安全應用於安檢、醫學篩查等。此外,T射線對水份十分敏感,可用於檢測生物樣品的水含量變化。這意味T射線或可用作檢測一些會改變生物組織水份的疾病,例如皮膚癌,而無需使用任何生物標記。

在過去25年,T射線已經在實驗室環境證明其高效探測及應用潛力,不過基於成本、系統穩定性及便利度等因素,T射線仍未能廣泛作商業應用。

單像素相機的優勢

單像素相機的原理是透過發射器將T射線照到目標,其間不斷改變調製圖案以調製照射到目標的T射線,並利用單點探測器記錄穿透目標或從目標反射的射線,通過電腦運算重建該物體的圖像。

負責今次研究的中大電子工程學系及華威大學物理系Emma Pickwell Macpherson教授表示:「我們最新研發的單像素T射線相機,能以每秒6幀的速度錄製32x32像素影片,速率較現有同類產品提升了一百倍。我們主要從三方面來實現該成像速度,包括計算最佳的調整射線方案、提升信噪比、通過壓縮傳感技術減少測量次數。」

團隊未來會專注於優化單像素T射線相機的信噪比,以及開發用於精確醫療診斷的相機軟件,期望有朝一日可應用於活體癌症診斷上。

相關論文已刊登於《自然通訊》: https://doi.org/10.1038/s41467-020-16370-x

更多相關研究請參閱: http://bme.ee.cuhk.edu.hk/thzgroup/index.phpgo.warwick.ac.uk/ultrafast

對物體R進行單像素透射成像的光學裝置。
對物體R進行單像素透射成像的光學裝置。

Emma Pickwell-Macpherson 教授。
Emma Pickwell-Macpherson 教授。