【勁報記者于郁金/臺南報導】微型衛星是全球發展重點，但因為體積小相對限制也多；國立成功大學電機系副教授林家祥與光電系副教授吳品頡團隊，結合超穎光學技術與機器學習理論，研發出全新奈米級高光譜影像設備，未來預計架設在微型衛星上，透過筆尖大小設備與運算，能從高空分析地面物的質地與成分，這項傑出成果相關論文已刊登在全球頂尖「自然(Nature)」期刊子期刊上，受到全球關注。

這項研發為超穎介面光學雙重突破，被視為高光譜成像技術新里程碑，論文 刊登在「自然通訊(Nature Communications)」，影響因子16.6，論文標題為「Metasurface-empowered snapshot hyperspectral imaging with convex/deep (CODE) small-data learning theory」；論文連結：「https://www.nature.com/articles/s41467-023-42381-5」，研究團隊除了上述2名老師外，還有光電系博士生黃士修與電機系碩士林庭萱。

目前衛星朝向低軌道與微型化發展，可擴大應用面，從早期軍事目的、未來將與人類生活密不可分。林家祥表示，相關研究由教育部高教耕計畫補助，下一步希望結合其他不同領域，發展出臺灣第一顆自主高光譜微型衛星。 什麼是高光譜衛星？林家祥指出，一般衛星從高空中拍攝地面，例如拍到綠色小點，可能很難分辨是綠地還是綠色坦克車，但高光譜衛星卻能藉著不同波長，分析影像成分與質地，正確判斷；目前只有美國國家航空暨太空總署(NASA)等極少數單位擁有高光譜衛星，而龐大設備要裝在近乎掌上型微型衛星上，更是困難重重。

吳品頡表示，傳統高光譜拍攝需要多種不同光學配件搭配鏡頭，拍攝不同波長成像，設備相當龐大；為解決此問題， 團隊結合軟、硬體專長，合作開發微型高光譜成像技術，設計出奈米級「多波長斜聚焦超穎介面鏡」，由多重共振電漿子超穎原子(超穎介面)構成，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」。

吳品頡與與林家祥進一步表示，設備縮小缺點是拍攝出的影像不夠清楚，而高光譜影像數據取得不易，無法透過大數據學習修補，因此團隊再提出全新機器學習理論，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，重建高保真度光譜影像，實驗結果顯示新研發設備的拍攝結果分析，與一般高光譜設備幾乎完全一致，誤差只有約2%，大大突破這項技術限制。

林家祥從2019年起，主持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」，團隊花費兩年多時間，完成上述研究，成果斐然；林家祥表示，科技部希望學術界能夠結合軟體與硬體專長，做出突破，這項成果成功完成跨領域合作。(國立成功大學提供照片)