光谱作为物质的指纹，光谱成像可以获取成像视场内各像素点物质的组分和含量，为智能感知技术开拓了一个新的信息维度，在工业自动化、智慧医疗、机器视觉、消费电子等诸多领域有着巨大的应用需求。然而传统基于分光原理的单点光谱仪体积庞大，已有的光谱成像技术一般只能采用逐点逐行扫描或波长扫描的模式，无法获取视野场景中各像素点高精度的实时光谱信息。
该成果研制的国际首款实时超光谱成像芯片如图1所示。通过硅基超表面实现对入射光的频谱域调制，利用CMOS图像传感器完成频谱域到电域的投影测量，再采用压缩感知算法进行光谱重建，并进一步通过超表面的大规模阵列集成实现实时光谱成像。该款实时超光谱成像芯片将单点光谱仪的尺寸缩小到百微米以下，空间分辨率超过15万光谱像素，即在0.5 cm2芯片上集成了15万个微型光谱仪，可快速获得每个像素点的光谱，工作谱宽450～750 nm，分辨率高达0.8 nm。
清华大学电子系光谱芯片成果转化项目公司“北京与光科技有限公司”肩负着清华大学光谱芯片科技成果工程化与商业化的使命，专注于芯片级光谱测量及光谱成像技术的产业化，为全球用户提供先进的光谱芯片、AI算法和智慧感知方案，为行业赋能，支撑相关产业的高效发展。2020年9月成立以来，与光科技受到政府、行业、投资机构的广泛认可，已获得数亿元融资，刷新全球光谱芯片初创公司融资记录。入选2021创业邦100未来独角兽，VENTURE50新芽榜，2021年中关村国际前沿科技创新大奖-集成电路领域TOP10，清华大学“校长杯”创新挑战赛金奖、技术创新奖等。
在产品研发方面，与光科技取得突破，已经实现光谱传感芯片、光谱成像芯片、微型光谱仪等模块和设备的研发与制造(图3)。微型化、可量产、高精度、快照式的芯片级光谱成像方案一经推出，便获得行业客户的高度关注，相关产品己经实现销售，同时累计客户储备200 余家。在AIoT、生物检测、材料传感、智慧家居、工业检测等应用场景，与光科技和行业重点客户对智慧感知方案的深度合作开发，正在有序推进。与光科技将不断推动光谱实时传感创新领域的应用发展与融合，拓宽消费级和工业级场景，让光谱感知无处不在!
该团队进一步提出了一种自由形状超原子(Freeform shaped meta-atoms)的超表面设计方法，突破了规则形状的超表面设计限制，研制出基于自由形状超原子的超表面光谱成像芯片，取得了更优异的光谱成像性能(图2)。对宽谱光和窄谱光进行测量重建的结果表明，该超光谱成像芯片能够实现保真度99%以上的宽谱光重建以及0.5 nm的波长分辨率。该研究工作进一步提升了超表面光谱成像芯片的性能，推动了未来光谱成像芯片的发展及其在实时传感领域的应用。
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