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微型高光譜成像儀與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)成功研制

[2017/10/25]

    世間萬物均會呈現(xiàn)自己獨有的光譜曲線，利用這一特性，科研人員可以根據(jù)光譜信息識別物質(zhì)。然而，能夠被人眼或是普通儀器捕捉到的光譜波段是有限的，可見光波段之外的許多光譜，如近紅外、短波紅外等，只能借助高光譜成像儀采集。
 
　　提到地質(zhì)勘探、環(huán)境調(diào)查，人們腦海中呈現(xiàn)出的往往是研究人員現(xiàn)場取樣、送到實驗室檢測的場景。如果能有孫悟空的“火眼金睛”，只需看一眼便能識別出大面積區(qū)域內(nèi)待檢測物質(zhì)的成分，豈不節(jié)省時間和精力?南京理工大學(xué)的一項產(chǎn)學(xué)研成果將這個設(shè)想變成了現(xiàn)實。在日前舉行的第二屆中國軍民兩用技術(shù)創(chuàng)新應(yīng)用大賽中，這項成果獲銅獎，成為全國816個項目中高校獲獎的3項成果之一。
 
　　世間萬物均會呈現(xiàn)自己獨有的光譜曲線，利用這一特性，科研人員可以根據(jù)光譜信息識別物質(zhì)。然而，能夠被人眼或是普通儀器捕捉到的光譜波段是有限的，可見光波段之外的許多光譜，如近紅外、短波紅外等，只能借助高光譜成像儀采集。近年來，高光譜成像儀的研制一直是科研人員們傾力攻關(guān)的熱門領(lǐng)域，但仍存在兩大難題：一是提高光譜分辨率的難度大，低分辨率下不同物質(zhì)的光譜曲線相似度高，很難區(qū)分，會誤導(dǎo)鑒別結(jié)果;二是在采集大面積待測區(qū)域的光譜信息時，單位像素中多種物質(zhì)混雜，不易得到各類純物質(zhì)的光譜信息。
 
　　南京理工大學(xué)與南京地質(zhì)調(diào)查中心聯(lián)合建設(shè)的江蘇省光譜成像與智能感知重點實驗室，經(jīng)過5年努力，以“微型高光譜成像儀與數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)”成功攻克了這兩大難題。
 
　　整套系統(tǒng)由硬件設(shè)備和軟件系統(tǒng)兩部分組成，前者應(yīng)用先進的探測器和獨特的電子學(xué)設(shè)計，使光譜分辨率大幅提高，兼顧了“看得廣”又“看得清”;后者憑借先進的算法，實現(xiàn)了多種物質(zhì)光譜信息的分解，并可根據(jù)使用環(huán)境經(jīng)緯度、大氣、光照等因素自我校正，保證分析結(jié)果的準(zhǔn)確性。
 
　　團隊還將這些創(chuàng)新成果巧妙地整合為一個小型、輕量的整體，硬件設(shè)備總重不足4.5公斤，僅相當(dāng)于兩臺筆記本電腦的重量，既可搭載在直升機上，在2000米高空對整座山林進行大面積掃描拍攝;也可搭載在無人機上進行低空作業(yè)，1小時內(nèi)就可完成對1萬平方米農(nóng)田的土壤分析。
 
　　“目前系統(tǒng)已經(jīng)在中國國土資源航空物探遙感中心、紫金礦業(yè)集團等單位投入使用，對比地面實測數(shù)據(jù)識別精度大于80%，為進一步進行精確地質(zhì)礦物分析帶來極大便利！眻F隊成員肖亮教授介紹，該系統(tǒng)在發(fā)展精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、環(huán)境污染物調(diào)查、物品鑒定等行業(yè)也能大顯身手，只需一張圖像，便能探明待測水域的污染物成分;或是待測土壤的成分、是否存在病蟲害，為研究土壤特性與作物生長間關(guān)系提供科學(xué)依據(jù);抑或是通過將待測物的光譜信息與標(biāo)準(zhǔn)光譜數(shù)據(jù)庫進行比對，鑒別珠寶首飾的真?zhèn)蔚鹊取?/span>