成大研發奈米級影像設備　台灣可望自造出第1顆高光譜微型衛星

國立成功大學電機系副教授林家祥、光電系副教授吳品頡以及光電系博士生黃士修、電機系碩士林庭萱等團隊，共同進行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」，花費兩年多時間研發出全新的奈米級高光譜影像設備，未來預計架設在微型衛星上，透過筆尖大小的設備與運算，能從高空分析地面物的質地與成分。

林家祥表示，衛星朝向低軌道與微型化發展，大大擴大應用面，未來將與人類的生活密不可分。其中，高光譜衛星能藉著不同的波長，分析影像的成分與質地，可正確判斷地面上的綠點是坦克或是草地，目前只有NASA等極少數單位擁有高光譜衛星，但這龐大設備要裝在近乎掌上型的微型衛星上，更是困難重重。

成大團隊結合軟硬體的專長，合作開發微型高光譜成像技術，設計出奈米級的「多波長斜聚焦超穎介面鏡」。吳品頡說，由多重共振電漿子超穎原子構成，高光譜設備大幅縮小，「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、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，團隊再出全新的機器學習理論，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，重建高保真度的光譜影像。實驗結果也顯示，與一般高光譜設備的誤差僅僅約2%，大大突破這項技術的限制。

成大指出，這項研發為超穎介面光學的雙重突破，被視為高光譜成像技術的新里程碑。下一步希望結合不同領域，發展出台灣第一顆自主高光譜微型衛星。論文「Metasurface-empowered snapshot hyperspectral imaging with convex/deep (CODE) small-data learning theory」已刊登在「自然通訊（Nature Communications）」上。