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2020年7月23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

2020年7月23日
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對物體R進行單像素透射成像的光學裝置。

Emma Pickwell-Macpherson 教授。

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32×32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。

 

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