北京理工大学张军院士团队在国际上首次提出光谱专用计算原创概念，首创片上光谱计算全新架构，解决了高光谱成像在线实时解析难题，相关研究成果于8月28日正式发表于《Science》期刊。

此前，团队攻克片上光学编码难题将片上光谱成像光能利用率从不足25%，跨越提升至74.8%，相关成果于2024年在《Nature》刊发。

文章题为“Hypervision: An on-chip hyperspectral microsystem for online video-rate computational imaging”。团队接连攻克高密度数据流硬件加速、光谱专用计算芯片制备、轻量化AI光谱重建网络等系列关键技术，完成从理论探索、芯片研发到整机制备的完整工程闭环，自主研发全球首款一体化在线实时高光谱成像微系统。审稿人一致高度评价该成果为“体系结构的深度优化”、“意义重大的技术进步”、“罕见的工程成熟度”。

北京理工大学为唯一完成单位，边丽蘅教授、博士生孟庆昊为论文共同第一作者，张军院士、边丽蘅教授担任通讯作者。

颠覆传统计算范式，首创类数据域并行计算新方法

团队跳出通用CPU/GPU的路径依赖和经典冯·诺依曼时分计算架构束缚，开创性提出类数据域并行计算方法，将完整光谱计算图直接映射到芯片硬件物理空间，构建分布式硬件算子构成的连续数据流通道，彻底消除计算流水线闲置气泡，完成高光谱成像从“离线后置处理”到“片上原位在线实时计算”的跨越，开辟下一代集成化、嵌入式高光谱视觉系统全新技术路线。

片上光谱计算架构

依托这套原创架构，团队接连攻克高密度数据流硬件加速、光谱专用计算芯片制备、轻量化AI光谱重建网络等系列关键技术，理论探索、芯片研发到整机制备完整工程闭环，自主研发全球首款一体化在线实时高光谱成像微系统——HyperVision。整套设备集成自研光谱专用计算芯片HyperN与宽带光谱成像传感器HyperspecI，搭配大容量电池模组与高清显示屏，具备体积小、重量轻、功耗低、续航长、智能强等优势，无需外接供电、不依赖外部算力集群，在可见-近红外宽波段稳定输出视频级实时高光谱成像画面。

轻量化全能微系统，多场景实测验证落地潜力

光谱作为光最重要的信息维度之一，包含丰富的物质属性信息，被称为“光基因”和“光指纹”。随着应用场景不断升级，传统高光谱成像技术的短板日益凸显：空天、智驾、生医等现场作业场景已经不再满足“现场采集原始数据、回传后方服务器事后分析”的工作模式，迫切要求感知终端就地完成光谱重建、物质识别与信息研判，实现“感知即解析、采集即决策”。

HyperVision打通了高光谱成像技术从实验室理论到轻量化便携装备、实时在线感知应用的全链条，重新定义了机器视觉感知能力边界，为空天遥感、智能驾驶、智慧农业、精准医疗等海量战略新兴领域和新质产业赛道打开了全新想象空间。

*该工作得到了国家重大科研仪器研制专项、国家自然科学基金优秀青年科学基金、国家自然科学基金重点项目、中央高校青年教师科研创新能力支持项目、北京市自然科学基金青年科学基金重点项目等资助。

服务国家重大需求

智能化、微型化是新质新域探测装备的重要发展方向，其核心成像感知器件属于国家战略急需。张军院士带领团队秉承“报国担当，知微见著，交叉协同，卓越创新”的精神，瞄准事关国家安全的重大战略需求，敢为人先，追求卓越。

团队围绕复杂环境科学探测等前沿技术领域，构建了包括新质感知器件、智能信息处理等在内的多个科研平台，首创片上光谱复用和计算架构，开拓了片上光电感知研究新方向，取得了丰硕的科研学术成果，获得多项国家级和省部级奖项。

探索科技创新前沿

从《Nature》片上光谱编码革新，到本次《Science》片上光谱计算原创，张军院士团队聚焦片上光电感知研究，以连续、体系化的从零到一原始创新，从计算逻辑、计算方法、系统形态等方面实现突破性变革，实现理论、芯片、整机全链条创新。

研究成果推动集成电路、微电子、计算机科学、光学工程、人工智能多学科深度交叉融合，打通“基础研究-核心技术-应用装备”链条，支撑智能感知装备实现技术变轨超越，为我国光电信息领域发展注入坚实的原创动能。

培育科研领军人才

2023级博士研究生孟庆昊是论文共同第一作者，他在研究过程中不断提升科研能力和专业素养，塑造了坚韧不拔、不懈追求的意志品质。多年来，团队注重发挥科研育人功能，一体化推进人才培养与科技创新，培养“胸怀壮志、明德精工、创新包容、时代担当”的领军领导人才。

“团队托举，压茬培养”是团队的传统，在这样的培养模式下，青年科研工作者快速成长，近年来陆续有8位青年教师入选国家级青年人才计划，在国家重大科技任务中挑大梁当主角，形成了一支服务国家科技自立自强的高水平人才队伍。

作者介绍

张军

中国工程院院士

长期从事航空通信导航监视、天临空地一体化感知等领域的研究与人才培养。在民航航路网运行监控、民航飞行校验、空天复杂环境探测等方面做了创新性和开拓性工作。主持研制了我国民航新一代空中交通服务平台、民航机载飞行校验平台和临基复杂气象探测系统，应用于多项国家重大工程。作为第一完成人获国家技术发明一等奖2项、国家科技进步一等奖1项，国家教学成果一等奖1项。

边丽蘅

北京理工大学前沿交叉科学院教授、博士生导师

长期从事片上光子学研究，出版学术专著《计算成像与感知》，以一作/通讯作者身份在Nature、Science、Nature Sensors等期刊发表高水平论文80余篇，获教育部青年科学奖、中国电子学会技术发明一等奖（序1/6）、中国图象图形学学会技术发明一等奖（序2/6）。研究成果入选国家基金委年度报告、中国光学十大进展，受央视、新华社广泛报道。担任Optics Letters专题主编，《光学学报（网络版）》、《中国科学：技术科学》编委。

孟庆昊

北京理工大学2023级博士研究生

研究方向为片上多维计算成像。以第一作者身份发表SCI论文5篇，授权2项发明专利，1项实用新型专利。获中国国际大学生创新大赛北京赛区一等奖，世纪杯学生创业竞赛金奖等荣誉。